第九章 低頻功率放大電路

1、西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-619.1 9.1 概述概述9.2 9.2 互補(bǔ)對稱功率放大電互補(bǔ)對稱功率放大電路路低頻功率放大電路低頻功率放大電路第第 九章九章西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-629.1 概述概述 一個(gè)實(shí)用的放大器一般通常包括三個(gè)部分：一個(gè)實(shí)用的放大器一般通常包括三個(gè)部分：v輸入級：輸入級：與信號源相連，要求輸入電阻大，噪聲與信號源相連，要求輸入電阻大，噪聲低，低，共摸抑制能力強(qiáng)共摸抑制能力強(qiáng)，阻抗匹配等。，阻抗匹配等。v中間級：中間級：主要完成電壓放大任務(wù)，以輸出足夠大主要完成電壓放大任務(wù)，以輸出足夠大的電壓。的電壓。v輸出級：輸出級：主要要求向負(fù)載提供

2、足夠大的功率，以主要要求向負(fù)載提供足夠大的功率，以便推動負(fù)載。便推動負(fù)載。輸出級一般為功率放大電路輸出級一般為功率放大電路 主要任務(wù)是主要任務(wù)是放大信號的功率放大信號的功率 輸入級中間級輸出級電流源電路UiUo一、常用放大器的組成一、常用放大器的組成西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-63 功率放大電路是一種功率放大電路是一種以輸出較大功率以輸出較大功率為目的為目的的放大電路，用作放大電路的輸出的放大電路，用作放大電路的輸出級，以級，以驅(qū)動負(fù)載驅(qū)動負(fù)載工作工作。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。二、功率放大器的特點(diǎn)二、功率放大器的

3、特點(diǎn)例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號號提提取取1、三極管工作在、三極管工作在大信號狀態(tài)大信號狀態(tài)，即電流、，即電流、電壓的電壓的幅值幅值都比較大。都比較大。2、追求、追求大功率、高效率、小失真大功率、高效率、小失真。功率放大器的特點(diǎn)主要是：功率放大器的特點(diǎn)主要是：西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-64例：例：溫度控制溫度控制R1R3：標(biāo)準(zhǔn)電阻標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua ：基準(zhǔn)電壓：基準(zhǔn)電壓Rt ：熱敏電阻：熱敏電阻A： 電壓放大器電壓放大器 儀表放大器儀表放大器RtTUOT 溫度調(diào)節(jié)溫度調(diào)節(jié)過程過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功功 放放b

4、溫控室溫控室A+-uo1加熱元件加熱元件西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-65三、功率放大器的分類三、功率放大器的分類按功率放大電路中按功率放大電路中晶體管在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)晶體管在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間通時(shí)間的不同，分為：的不同，分為：甲類、乙類和甲乙類甲類、乙類和甲乙類。 uBE/ViB/ A0.7 V30Quit tuBE/VtiBIBQ( (交流負(fù)載線交流負(fù)載線) )uCE/ViC/mA4123iB=10 A20304050605Q6Q Q 6tiCICQUCEQ Qt tuCE/VUcemibicuceOOOOOO西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-66QQtiCoot

5、iCotiCQiCvCEo 按功率放大電路中按功率放大電路中晶體管在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)晶體管在一個(gè)信號周期內(nèi)導(dǎo)通時(shí)間通時(shí)間的不同，分為：的不同，分為：甲類、乙類和甲乙類甲類、乙類和甲乙類。 晶體管導(dǎo)通時(shí)間：晶體管導(dǎo)通時(shí)間：iC信號不為信號不為0的時(shí)間的時(shí)間甲類甲類( ( = = 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( = = ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 2 ) )甲類甲類乙類乙類甲乙類甲乙類西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-67四四. 甲、乙、甲乙類功放的特點(diǎn)甲、乙、甲乙類功放的特點(diǎn)甲類甲類( ( = = 2 )

6、) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( = = ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 0VT1導(dǎo)通，導(dǎo)通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作T1、T2為為乙類放大乙類放大沒有靜態(tài)偏置沒有靜態(tài)偏置，不需要隔直電容，不需要隔直電容靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作均不工作 uo = 0V(動畫：動畫：圖解圖解分析分析OCL基本互補(bǔ)對稱電路基本互補(bǔ)對稱電路)西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-612二、乙

7、類放大的二、乙類放大的輸入輸出波形輸入輸出波形關(guān)系關(guān)系ui-USCT1T2uo+USCRLiL交越失真交越失真死區(qū)電壓死區(qū)電壓uiuouou o ttttu嚴(yán)格說，嚴(yán)格說，輸入信號很小時(shí)，達(dá)不到三輸入信號很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。u因此在因此在輸入信號正、負(fù)半周交替過零輸入信號正、負(fù)半周交替過零處，沒有輸出信號處，沒有輸出信號，使輸出信號產(chǎn)生，使輸出信號產(chǎn)生非非線性失真線性失真，這個(gè)失真稱為，這個(gè)失真稱為交越失真交越失真。如。如圖所示。圖所示。西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-613交越失真交越失真uiuouou o tttt西安電子科技

8、大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-614ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零等于零；(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間等于每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期半個(gè)周期 ； (3) 存在存在交越失真交越失真。 乙類放大器的特點(diǎn)：乙類放大器的特點(diǎn)： 晶體管晶體管存在非線性存在非線性 輸入信號很小時(shí)，達(dá)不到輸入信號很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓三極管的開啟電壓，三極管，三極管不導(dǎo)電。不導(dǎo)電。即：即：ui uT時(shí)晶體管截止。時(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUT交越失真產(chǎn)生的原因：交越失真產(chǎn)生的原因：交越失真交越失真uiuouou o tttt西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力20

9、15-615利用二極管提供偏置電壓利用二極管提供偏置電壓 為解決交越失真，可給三極管為解決交越失真，可給三極管稍稍加一稍稍加一點(diǎn)偏置點(diǎn)偏置，使之工作在，使之工作在甲乙類甲乙類。此時(shí)的互補(bǔ)功率。此時(shí)的互補(bǔ)功率放大電路如圖所示。放大電路如圖所示。 三、電路的改進(jìn)三、電路的改進(jìn)ui-USCT1T2uo+USCRLiL西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-616uitUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：特點(diǎn)：存在存在較小的靜態(tài)較小的靜態(tài)電流電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時(shí)間每管導(dǎo)通時(shí)間大大于半個(gè)周期于半個(gè)周期，基，基本不失真。本不失真。 i

10、CQuceUSC /REUSCIBQ西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-617利用二極管提供偏置電壓克服交越失真：利用二極管提供偏置電壓克服交越失真： 電路中增加電路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2 靜態(tài)時(shí)靜態(tài)時(shí): : ui 0，T T1 1、T T2 2兩管發(fā)射結(jié)兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管電位分別為二極管D D1 1、 D D2 2的正向?qū)У恼驅(qū)▔航?，致使兩管均處于通壓降，致使兩管均處于微弱?dǎo)通微弱導(dǎo)通狀態(tài)狀態(tài)；(T1(T1B B=Ui+0.7V,T2=Ui+0.7V,T2B B=Ui-=Ui-0.7V)0.7V)即在輸

11、入信號的即在輸入信號的正負(fù)正負(fù)半周內(nèi)，均有一個(gè)管子導(dǎo)通半周內(nèi)，均有一個(gè)管子導(dǎo)通，使負(fù)，使負(fù)載上獲得完整不失真的輸出信號，載上獲得完整不失真的輸出信號，消除了交越失真消除了交越失真 。 動態(tài)時(shí)：動態(tài)時(shí)：設(shè)設(shè) u ui i 加入正弦信號。加入正弦信號。正半周正半周 T T2 2 截止截止，T T1 1 基極電位基極電位進(jìn)一進(jìn)一步提高步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周負(fù)半周T T1 1截止，截止，T T2 2 基極電位基極電位進(jìn)一進(jìn)一步降低步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。正半周正半周 ：T T1 1 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 充分充分導(dǎo)通導(dǎo)通T T2 2 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 截止

12、截止負(fù)半周負(fù)半周 ：T T2 2 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 充分充分導(dǎo)通導(dǎo)通T T1 1 微導(dǎo)通微導(dǎo)通 截止截止(動畫動畫：基本互補(bǔ)對稱電路的交越失真基本互補(bǔ)對稱電路的交越失真)R1D1D2R2西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-6189.3 復(fù)合管復(fù)合管 復(fù)合管又稱為復(fù)合管又稱為達(dá)林頓管達(dá)林頓管ib1(1 + 1) ib1(1 + 2) (1 + 1) ib1(1 + 1 + 2+ 1 2) ib1 = 1 + 2+ 1 2 1 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2 2(1+ 1) ib1 1 ib1ibicie( 1 + 2 + 1 2) ib1V1V2復(fù)合的目的：復(fù)合的目的：提高電流放大倍數(shù)，擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力提高電流放大倍數(shù)，擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力復(fù)合管的構(gòu)成方式：復(fù)合管的構(gòu)成方式：西安電子科技大學(xué)計(jì)算機(jī)學(xué)院吳自力2015-619V1V2NPN + NPNNPNV1V2PNP + PNPPNPV1V2NPN + PNPNPNV1V2PNP + NPNPNP復(fù)合管的復(fù)合類型：復(fù)合管的復(fù)合類型：構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則構(gòu)成復(fù)合管的規(guī)則：3) ) 各三極管各三極管各極電流方向各極電流方向要合理。要合理。2) ) 應(yīng)保證應(yīng)保證各三極管各三極管的發(fā)射結(jié)均正偏，集電結(jié)均反偏；的發(fā)射結(jié)均正偏，集電結(jié)均反偏；1