模電11.1.1022講第八章功放

1、模擬電子技術(shù)基礎第二十二講1 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY2第8章 功 率 大 電 路8.1 功率放大電路的一般問題8.2 射極輸出器-甲類放大的實例8.3 乙類雙電源互補對稱功率放大電路8.4 甲乙類互補對稱功率放大電路8.5 集成功率放大器8.6 SPICE仿真實例 MECHANICAL & ELECTRICAL ENGINEERING COLLEGE OF SANDONG AGRICULTURAL UNIVERSITY3 前 講 回 顧1 功率放大電路的一般問題

2、1) 功放電路與普通放大電路的比較2)功放電路研究的主要問題3) 功率放大電路的類型2 乙類雙電源互補對稱功率放大電路1) 工作原理2)分析計算3)功率BJT的選擇3 甲乙類互補對稱功率放大電路1）甲乙類雙電源互補對稱電路8.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)OTL-Output transformerless(無輸出變壓器)41.電原理圖T1、T2：兩支互補對稱管；R1、R2、R3、D1、D2：組成偏置電路，靜態(tài)時使功放管處于微導通狀態(tài)，消除交越失真；為容量較大的電容器：用來作為T2導通時的電源。C：58.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)靜態(tài)分析i (mA)vCECQ 因電路對

3、稱，靜態(tài)時兩個晶體管發(fā)射極連接點電位為電源電壓的一半，負載中沒有電流。 電容C兩端的電壓:2.工作原理68.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)動態(tài)分析ui0T1導通，T2截止在負載上有正半周的電流通過。ui0T1截止，T2導通在負載上有負半周的電流通過。ic1ic2iB1tiB2IB1IB2iLt78.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)2.工作原理將雙電源該為單電源后，應將VCC改為VCC/2。如：3.分析計算88.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)9 若圖T9.1所示電路中晶體管飽和管壓降的數(shù)值為UCES，則最大輸出功率POM 。3.分析計算8.4.2甲乙類單電源互補對稱電

4、路(OTL)8.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)例: (北郵1999年研究生入學試題) OTL互補對稱功放如圖，設電容 C足夠大，三極管的飽和電壓降VCES=1V,RL=8問： (1)按功放分類，T1, T2的工作方式為那種； (2)電阻R1和D1、D2的作用； (3)電位器RW的作用； (4)負載RL得到的最大不失真輸出功率Pomax。甲乙類解.(1)(2)為T1、T2管提供靜態(tài)偏置電壓，動態(tài)情況下可消除 Ui幅度較小時由于三極管的死區(qū)而引起的交越失真。(3)調(diào)節(jié)電位器使三極管T1、T2的基極B1、B2間有一合適的電流D和壓降VB1B2,壓降確保T1、T2 管在靜態(tài)時處于導通狀態(tài)。1

5、08.4.2甲乙類單電源互補對稱電路(OTL)例: (北郵1999年研究生入學試題) OTL互補對稱功放如圖，設電容 C足夠大，三極管的飽和電壓降VCES=1V,RL=8問： (1)按功放分類，T1, T2的工作方式為那種； (2)電阻R1和D1、D2的作用； (3)電位器RW的作用； (4)負載RL得到的最大不失真輸出功率Pomax。解.(4)11 集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機的驅(qū)動方面。集成功放是在集成運算放大器的電壓互補輸出級后，加入互補功率輸出級而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率放大器實際上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大器。它的使用方法原則上與集成運算放大器相同。 8.5 集

6、成 功 率 放 大 電 路128.5.1 功率器件的散熱問題 集成功放使用時不能超過規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。集成功放要加有足夠大的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超過允許值。1.最高允許結(jié)溫。 2.通常的散熱措施是給功放管加裝散熱片。 3.散熱片（板）是銅、鋁等導熱性能良好的金屬材料制成的，尺寸越大散熱能力越強，使用時可根據(jù)散熱要求的不同來選配。 13 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路 為了適用大功率的要求，開發(fā)了一種V形開槽的縱向MOS，稱VMOS；隨后又出現(xiàn)了一種更新的雙擴散MOS，稱DMOS。1.VMOSsio2N+型襯底漏極DN-型外延層N+N+PS源

7、極G柵極8.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET14 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路2.DMOS漏極D源極S柵極G15 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路8.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET2.VMOS和DMOS器件的優(yōu)點(1)與MOS器件一樣是電壓控制電流器件，輸入阻抗極 高，因此所需驅(qū)動電流極小，功率增益高；(2)VMOS不會出現(xiàn)熱擊穿，溫度穩(wěn)定性好；(3)高頻特性好；(4)導通電阻rDS??；16 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路8.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET8.5.3 以MOS功率管作輸出級的甲乙類功率放大器SHM1150II BiMOS

8、集成功率放大器v01v02v02v01-v0217 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路12V 50VPOmax 150WSHM1150II BiMOS集成功率放大器18 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路8.5.2 功率VMOSFET和DMOSFET=22V8.5.4 BJT集成功率放大器舉例LM380 集成音頻功率放大器19 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路=22VLM380 集成音頻功率放大器20 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路8.5.4 BJT集成功率放大器舉例1功率放大器的特點：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功

9、率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達到78.5。3互補對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)： OCL（雙電源）乙類、甲乙類。 OTL（單電源）乙類、甲乙類。 小 結(jié)21 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路例1互補對稱功放電路如圖，VCC=-VEE=20V ,RL=8，T1與T2管的VCES=2V1)當T3輸出信號VO3=10V有效值時，計算電路的輸出功率、管耗、直流電源供給功率和效率。2)該電路不失真的最大輸出功率、效率和所需VO3有效值是多少？解 1) T3的輸出VO3也就是OCL的輸

10、入信號10v輸出功率:直流電源供給功率:每支管子的管耗:效率:22 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路 例 題 講 解例1互補對稱功放電路如圖，VCC=-VEE=20V ,RL=8，T1與T2管的VCES=2V1)當T3輸出信號VO3=10V有效值時，計算電路的輸出功率、管耗、直流電源供給功率和效率。2)該電路不失真的最大輸出功率、效率和所需VO3有效值是多少？解 2) T3的輸出VO3也就是OCL的輸入信號10v23？ 例 題 講 解例2OTL功放電路如圖，VCC=20V ,RL=8，T1與T2管的VCES=2V1)靜態(tài)時，電容C3兩端的電壓是多少？調(diào)整哪個電阻能滿足這個要求？2)動態(tài)時

11、，若出現(xiàn)交越失真應調(diào)整哪個電阻？如何調(diào)整？3)計算該電路不失真的最大輸出功率和效率？解 1)靜態(tài)時，電容C3兩端的電壓是：VCC/2=10V調(diào)整R2或R3可滿足這個要求。2)調(diào)整R2，增大R2可以加大VB1B2，從而提高了T1、T2的導通程度。24 例 題 講 解例2OTL功放電路如圖，VCC=20V ,RL=8，T1與T2管的VCES=2V1)靜態(tài)時，電容C3兩端的電壓是多少？調(diào)整哪個電阻能滿足這個要求？2)動態(tài)時，若出現(xiàn)交越失真應調(diào)整哪個電阻？如何調(diào)整？3)計算該電路不失真的最大輸出功率和效率？解 3)25 例 題 講 解例3如圖，VCC=35V ,RL=35，流過負載RL的電流為i0=0

12、.45cost(A).1)負載上所能得到的功率P0？2)電源供給功率PV？解 1) 2) 26 例 題 講 解8.3.2如圖，VCC=12V ,RL=16，vi為正弦波,1) 在BJT飽和壓降VCES可以忽略不計的條件下，負載上可能得到的最大輸出功率Pom; 2) 每個管子允許的管耗Pcm至少應為多少？;3) 每個管子的耐壓V(BR)CEO應多大？解 1) 最大輸出功率 2) 每管允許的管耗 3) 每管的耐壓 T1RL+VCCvi+v0-VCCT227 例 題 講 解8.3.3.如圖, vi為正弦波，RL=16 ,要求最大輸出功率Pom=9W,在BJT飽和壓降VCES可以忽略不計的條件下，1)

13、 正,負電源的最小值,2)根據(jù)所求VCC最小值，計算相應的ICM、V(BR)CEO的最小值, 3)輸出功率最大(Pom=9W)時電源供給的功率PV, 4)每個管子允許的管耗PCM的最小值, 5) 當輸出功率最大(Pom=9W)時的輸入電壓有效值。解 1) 正、負電源的最小值 2) Vcc=12v時， ICM、V(BR)CEO的最小值3)28Vcc=17v 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路 例 題 講 解8.3.3.如圖, vi為正弦波，RL=16 ,要求最大輸出功率Pom=9W,在BJT飽和壓降VCES可以忽略不計的條件下，1) 正,負電源的最小值,2)根據(jù)所求VCC最小值，計算相應的I

14、CM、V(BR)CEO的最小值, 3)輸出功率最大(Pom=9W)時電源供給的功率PV, 4)每個管子允許的管耗PCM的最小值, 5) 當輸出功率最大(Pom=9W)時的輸入電壓有效值。解 4) 每只管子允許的最小管耗 5) 當Pom=9W時，輸入電壓有效值29Vom=17v 8.5 集 成 功 率 放 大 電 路 例 題 講 解30例8.4.1單電源互補對稱功放電路如圖， vi為正弦波, RL=8，管子的VCES可忽略, 試求最大不失真輸出功率POm (不考慮交越失真)為9W時電源VCC至少為多大？viT1RL+VCC+v0T2C解 例 題 講 解31例 已知電路如圖P9.2所示，T1和T2

15、管的飽和管壓降UCES3V，VCC15V， RL8，。選擇正確答案填入空內(nèi)。 例 題 講 解（1）電路中D1和D2管的作用是消除 。 A飽和失真 B截止失真 C交越失真（2）靜態(tài)時，晶體管發(fā)射極電位UEQ 。 A0V B0V C0V（3）最大輸出功率POM 。 A28W B18W C9W（4）當輸入為正弦波時，若R1虛焊，即開路，則輸出電壓 。 A為正弦波 B僅有正半波 C僅有（5）若D1虛焊，則T1管 。 A可能因功耗過大燒壞 B始終飽和 C始終截止負半波32例在圖所示電路中，已知VCC15V，T1和T2管的飽和管壓降UCES1V，集成運放的最大輸出電壓幅值為13V，二極管的導通電壓為0.7

16、V。解(1) 例 題 講 解輸出電壓幅值和最大輸出功率分別為（2）應引入電壓串聯(lián)負反饋，電路如圖所示。(1)若輸入電壓幅值足夠大，則電路的最大輸出功率為多少？(2)為了提高輸入電阻，穩(wěn)定輸出電壓，且減小非線性失真，應引入哪種組態(tài)的交流負反饋？畫出圖來。(3)若Ui0.1V時,Uo5V,則反饋網(wǎng)絡中電阻的取值約為多少?33例在圖所示電路中，已知VCC15V，T1和T2管的飽和管壓降UCES1V，集成運放的最大輸出電壓幅值為13V，二極管的導通電壓為0.7V。 例 題 講 解(1)若輸入電壓幅值足夠大，則電路的最大輸出功率為多少？(2)為了提高輸入電阻，穩(wěn)定輸出電壓，且減小非線性失真，應引入哪種組

17、態(tài)的交流負反饋？畫出圖來。(3)若Ui0.1V時,Uo5V,則反饋網(wǎng)絡中電阻的取值約為多少?解(3)在深度負反饋條件下，電壓放大倍數(shù)為R11 k，所以Rf 49 k。34例 OTL電路如圖所示。 。 例 題 講 解(1)為了使得最大不失真輸出電壓幅值最大，靜態(tài)時T2和T4管的發(fā)射極電位應為多少？若不合適，則一般應調(diào)節(jié)哪個元件參數(shù)？(2)若T2和T4管的飽和管壓降UCES3V，輸入電壓足夠大，則電路的最大輸出功率Pom和效率各為多少？(3)T2和T4管的ICM、U（BR）CEO和PCM應如何選擇？解(1)射極電位UEVCC /212V；若不合適，則應調(diào)節(jié)R2。（2）最大輸出功率和效率分別為35例 OTL電路如圖所示。 。 例 題 講 解(1)為了使得最大不失真輸出電壓幅值最大，靜態(tài)時T2和T4管的發(fā)射極電位應為多少？若不合適，則一般應調(diào)節(jié)哪個元件參數(shù)？(2)若T2和T4管的飽和管壓降UCES3V，輸入電壓足夠大，則電路的最大輸出功率Pom和效率各為多少？(3)T2和T4管的ICM、U（BR）CEO和PCM應如何選擇？解(1)射極電位U