模擬電子電路原理與設(shè)計(jì)基礎(chǔ)：9 功率放大器

1、功率放大器功率放大電路甲乙類變壓器耦合式推挽功放乙類變壓器耦合式推挽功放作 用特 點(diǎn)分 類分析注意事項(xiàng)特 點(diǎn)變壓器耦合式功放電路互補(bǔ)對(duì)稱放大電路實(shí)際功放電路無(wú)輸出電容無(wú)輸出變壓器工作原理分析計(jì)算特點(diǎn)及電路分析電路改進(jìn)輸出功率及效率集成功率放大器例1： 擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu) 用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。 功率放大電壓放大信號(hào)提取功率放大電路作 用Exit例2：溫度控制R1-R3:標(biāo)準(zhǔn)電阻Ua : 基準(zhǔn)電壓Rt :熱敏電阻A：電壓放大器RtTUOT 溫度調(diào)節(jié)過程UbUO1R1aR2uoUCC+R3Rt 功 放b溫控室A+-uo1加熱元件作 用功率

2、放大電路Exit（1）輸出功率Po盡可能大Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PV ： 電源提供的直流功率。（2）效率盡可能高 在共射接法下特 點(diǎn)功率放大電路Exit（3）非線性失真盡可能?。?）管耗盡可能小（5）用圖解法分析特 點(diǎn)：功率放大電路Exit 根據(jù)在正弦信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，三極管可分為幾個(gè)工作狀態(tài)：甲類：整個(gè)周期內(nèi)均有電流；失真小，但效率低功率放大電路乙類：一半時(shí)間無(wú)電流；效率高但有交越失真甲乙類：少半時(shí)間無(wú)電流；效率高，可消除交越失真圖1圖2圖3分 類Exit(1) 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 P

3、CM 。 ICMPCMUCEMIcuce分析功放電路應(yīng)注意的問題功率放大電路Exit(2) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。(3) 電源提供的能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，減少 晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（）。Pomax : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE ： 電源提供的直流功率。分析功放電路應(yīng)注意的問題功率放大電路Exit功率放大器效率的含義：直流電源提供的直流功率： 在R/L 上可獲得的最大輸出功率：分析功放電路應(yīng)注意的問題功率放大電路Exit不合適，因?yàn)樾侍蛈otuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，可以用做功率放大器嗎？問題討論ibRbuoUCCuiRE估算射

4、極輸出器的效率 ：QicuceUCC(設(shè)RL=RE)動(dòng)畫分析功放電路應(yīng)注意的問題功率放大電路Exit 互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型 無(wú)輸出變壓器形式 （ OTL電路）無(wú)輸出電容形式 （ OCL電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。類型：互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit一、工作原理（設(shè)ui為正弦波） 電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL1. 由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對(duì)稱的射極輸出器對(duì)接而成。2. 雙電源供電。3. 輸入輸出端不加隔直電容。無(wú)

5、輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit因此，不需要隔直電容。 靜態(tài)分析：ui = 0V T1、T2均不工作 uo = 0Vui-VCCT1T2uo+VCCRLiL一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit 動(dòng)態(tài)分析：ui 0VT1導(dǎo)通，T2截止iL= ic1 ;ic1ic2ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLui 0VT1截止，T2導(dǎo)通iL=ic2 T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式，稱為乙類放大。一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系交越失真死

6、區(qū)電壓uiuououo tttt交越失真：輸入信號(hào) ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真。ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exitui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零；(2) 每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期 ； (3) 存在交越失真。 乙類放大的特點(diǎn)：一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit 組合特性分析圖解法 負(fù)載上的最大不失真電壓為Vom=VCC- VCESvo=-vce無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）Exit

7、（1）最大不失真輸出功率Pomax實(shí)際輸出功率Po二、分析計(jì)算無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit單個(gè)管子在半個(gè)周期內(nèi)的管耗（2）管耗 PT二、分析計(jì)算無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit當(dāng)UCES=0時(shí)： 查閱手冊(cè)時(shí)，應(yīng)使極限參數(shù)BUCEO2VCC， ICM VCC/RLPCM 0.2Pom（2）管耗 PT二、分析計(jì)算無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路兩管管耗最大管耗PTmaxExit（3）電源供給的功率PE當(dāng)（4）效率二、分析計(jì)算無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit1. 克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因： 在于晶體管特

8、性存在非線性，ui IB，則三、電路的改進(jìn)無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路 T1：電壓推動(dòng)級(jí) T1、R1、R2： UBE倍增電路 T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ) 輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6三、電路的改進(jìn)無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路ExitExit-UEE+UCCERCT1RCT2T5T6RC3RE2RC4RE3T7T9T8RE4RE5T11T10RL第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器差動(dòng)放大器第2級(jí)第1級(jí)：差動(dòng)放大器第3

9、級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃骷蛇\(yùn)放內(nèi)部的功率放大器+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路Exit一、特點(diǎn)1. 單電源供電；2. 輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則 T1、T2 特性對(duì)稱令：0.5USCRLuiT1T2+USCCAUL+-UC無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Exit三、動(dòng)態(tài)分析設(shè)輸入端在 0.5USC 直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。 若

10、輸出電容足夠大， 負(fù)載上得到對(duì)稱的交流信號(hào)，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)：T1截止、 T2導(dǎo)通0.5USCuit無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路T1導(dǎo)通、T2截止時(shí)：Exit忽略交越失真，ui 幅度足夠大。則：uLULmaxuitt無(wú)輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路四、輸出功率及效率Exit實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路Re1 、 Re2：電阻值12，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1 、 D2使b

11、1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。Exit這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ： (1) 恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；(2) 偏置電路（R1、D1、D2）；(3) 恒流源負(fù)載（T5）；(4) OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、 T10）；(5) 負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）； (6) 共射放大級(jí)（T4）；(7) 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8) UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9) 調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。實(shí)際功放電路Exit輸出功率的估算：輸出電壓的最大值約為

12、19.7V，設(shè)負(fù)載 RL= 8 則最大輸出功率為：實(shí)際輸出功率約為 20W。注：該實(shí)用功放電路的詳細(xì)分析計(jì)算請(qǐng)參考模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（童詩(shī)白主編）。實(shí)際功放電路Exit特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。集成功放LM384：生產(chǎn)廠家：美國(guó)半導(dǎo)體器件公司電路形式：OTL輸出功率：8負(fù)載上可得到5W功率電源電壓：最大為28V 集成功率放大器Exit集成功放 LM384管腳說(shuō)明:14 - 電源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（GND）2、6 - 輸入端 （一般2腳接地） 8 - 輸出端 （經(jīng)500 電容接負(fù)載）)1

13、2345 678910111213141 - 接旁路電容（5 ）9、13 - 空腳（NC）集成功率放大器Exit集成功放 LM384 外部電路典型接法：500-+ 0.12.78146215Vccui8調(diào)節(jié)音量電源濾波電容外接旁路電容低通濾波,去除高頻噪聲輸入信號(hào)輸出耦合大電容集成功率放大器Exit 利用變壓器的阻抗變換功能，可實(shí)現(xiàn)功放電路和負(fù)載間的匹配，以彌補(bǔ)其它類型功放電路的不足。一、特 點(diǎn)例： OCL電路中，若 RL=80 、需要輸出功率 PO=50W。根據(jù)公式 得電源電壓：90V的電壓對(duì)電子電路顯然不合適。 利用變壓器阻抗變換關(guān)系( RL= K2 RL)，把阻抗變小，便可解決以上問題。

14、變壓器耦合式功放電路Exit （變阻抗）變壓器原、副邊阻抗關(guān)系從原邊等效：結(jié)論：變壓器原邊的等效負(fù)載，為副邊所帶負(fù)載乘以變比的平方。 一、特 點(diǎn)變壓器耦合式功放電路Exit1.原理電路uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1放大器：由兩個(gè)共射極放大器組成，兩個(gè)三極管的射極接在一起。二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器變壓器耦合式功放電路Exit輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等相位相反的信號(hào)，分別送兩個(gè)放大器的基極，使 T1、T2 輪流導(dǎo)通。輸出變壓器：將兩個(gè)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N11.原理電路二、乙類變壓器耦合式推挽功率

15、放大器變壓器耦合式功放電路ExituiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路。二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器變壓器耦合式功放電路ExituiT2T1RL+-USCiLN2N1N1動(dòng)態(tài)分析： ui 0 時(shí)： T1導(dǎo)通、T2 截止，iL的方向由 ic1決定 若ui 為正弦信號(hào)，則 iL近似為正弦波。 ui 0 時(shí)： T2導(dǎo)通、T1截止，iL的方向由 ic2決定。ic2ic1T1、T2都只在半個(gè)周期內(nèi)工作，存在交越失真。2. 動(dòng)、靜態(tài)分析二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器變壓器耦合式功放電路Exit3. 輸出功率及效率 分析方法和前述互補(bǔ)對(duì)稱功放電路類似，請(qǐng)自行分析。這里的負(fù)載為變壓器原邊等效負(fù)載 RL。uiT2T1RL+-USCiLN2N1