第八章功率放大器

會(huì)計(jì)學(xué)1第八章功率放大器(8-2)例1：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

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§8.1概述第1頁/共46頁(8-3)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RtTUO室溫T

溫度調(diào)節(jié)過程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt

功放b溫控室A+-uo1加熱元件第2頁/共46頁(8-4)分析功放電路應(yīng)注意的問題(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

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce第3頁/共46頁(8-5)(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地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以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。第4頁/共46頁(8-6)

射極輸出器的輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，但做功放不適合。為什么？解釋如下：?jiǎn)栴}討論RbuoUSCuiibRE射極輸出器能否做功率放大？第5頁/共46頁(8-7)RbuoUSCuiRE射極輸出器效率的估算：(設(shè)RL=RE)uotuoibQicuceUSC第6頁/共46頁(8-8)若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)uo的峰值最大只能為：uo的取值范圍QIcuCEUSC直流負(fù)載線交流負(fù)載線UCEQ=0.5USC

靜態(tài)工作點(diǎn)：

為得到較大的輸出信號(hào)，假設(shè)將射極輸出器的靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置在負(fù)載線的中部，令信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真，如下圖所示。第7頁/共46頁(8-9)放大電路的輸出沒有失真的工作方式稱為甲類放大。1.直流電源輸出的功率2.最大負(fù)載功率3.最大效率(RL=RE時(shí))第8頁/共46頁(8-10)如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。第9頁/共46頁(8-11)

互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess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：§8.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路第10頁/共46頁(8-12)8.2.1無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OCL電路）一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：ui-USCT1T2uo+USCRLiL1.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。第11頁/共46頁(8-13)ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2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)工作的方式，稱為乙類放大。因此，不需要隔直電容。靜態(tài)分析：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V第12頁/共46頁(8-14)乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuou"ou′o

′tttt交越失真：輸入信號(hào)ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。交越失真第13頁/共46頁(8-15)ui-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)：第14頁/共46頁(8-16)二、最大輸出功率及效率的計(jì)算假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出達(dá)到最大值。ULmax負(fù)載上得到的最大功率為：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管的飽和壓降，則負(fù)載（RL)上的電壓和電流的最大幅值分別為：第15頁/共46頁(8-17)電源提供的直流平均功率計(jì)算：

每個(gè)電源中的電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供的總功率為：USC1=USC2=USCtic1第16頁/共46頁(8-18)效率為：結(jié)論：OCL電路效率較高；電流、電壓波形存在失真。第17頁/共46頁(8-19)三、電路的改進(jìn)1.克服交越失真交越失真產(chǎn)生的原因：在于晶體管特性存在非線性，ui

<uT時(shí)晶體管截止。iBiBuBEtuitUT第18頁/共46頁(8-20)克服交越失真的措施：R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2

靜態(tài)時(shí)

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。

電路中增加R1、D1、D2、R2支路。第19頁/共46頁(8-21)R1D1D2R2+USC-USCULuiiLRLT1T2兩管導(dǎo)通時(shí)間均比半個(gè)周期大一些的工作方式稱為“甲乙類放大”。

動(dòng)態(tài)時(shí)設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周，T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周，T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。從而克服死區(qū)電壓的影響，去掉交越失真。第20頁/共46頁(8-22)uB1tUTtiBIBQ甲乙類放大的波形關(guān)系：ICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ第21頁/共46頁(8-23)為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。2.UBE電壓倍增電路B1B2+-BER1R2UIBI

合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)的電壓。以滿足不同電路克服交越失真的需要。

圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I>>IB，則第22頁/共46頁(8-24)3.電路中增加復(fù)合管增加復(fù)合管的目的是：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。復(fù)合管的構(gòu)成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：第23頁/共46頁(8-25)becibic1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。方式二：cbeT1T2ibic復(fù)合管構(gòu)成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：第24頁/共46頁(8-26)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第25頁/共46頁(8-27)-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級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃骷蛇\(yùn)放內(nèi)部的功率放大輸出級(jí)第26頁/共46頁(8-28)8.2.2無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

（OTL電路）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第27頁/共46頁(8-29)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)。若輸出電容足夠大，UC基本保持在0.5USC，負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。0.5USCuit第28頁/共46頁(8-30)四、輸出功率及效率若忽略交越失真的影響，且ui幅度足夠大。則：uLULmaxuitt第29頁/共46頁(8-31)實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1

、D2使b1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。Re1

、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第30頁/共46頁(8-32)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）?！?.3實(shí)際功放電路第31頁/共46頁(8-33)+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：第32頁/共46頁(8-34)輸出功率的估算：輸出電壓的最大值約為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)》（童詩白主編）。第33頁/共46頁(8-35)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§8.4集成功率放大器

第34頁/共46頁(8-36)集成功放LM384管腳說明: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）)12345678910111213141--

接旁路電容（5）9、13--

空腳（NC）第35頁/共46頁(8-37)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)輸出耦合大電容第36頁/共46頁(8-38)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

需電源電壓：90V的電壓對(duì)電子電路顯然不合適?！?.5變壓器耦合式功放電路

利用變壓器阻抗變換關(guān)系（RL′=K2RL），通過改變變壓器的匝數(shù)比K，使電路得到合適的負(fù)載，便可解決以上問題。第37頁/共46頁(8-39)

（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。

第38頁/共46頁(8-40)二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器1.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。第39頁/共46頁(8-41)輸入變壓器：將輸入信號(hào)分成兩個(gè)大小相等的信號(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