第6章-集成運(yùn)算放大電路功率放大電路課件

集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)差分放大電路實(shí)現(xiàn)，克服零點(diǎn)漂移現(xiàn)象多級(jí)電壓放大電路實(shí)現(xiàn)，目的提高電路的放大能力功率放大電路實(shí)現(xiàn)，進(jìn)行功率放大，帶動(dòng)負(fù)載集成運(yùn)算放大器簡(jiǎn)介集成運(yùn)放的總體結(jié)構(gòu)差分放大電路實(shí)現(xiàn)，克1簡(jiǎn)單的集成運(yùn)算放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)

集成運(yùn)放是一種高電壓增益、高輸入電阻和低輸出電阻的多級(jí)直接耦合放大電路。它由四部分組成，即輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)和偏置電路。簡(jiǎn)單的集成運(yùn)算放大電路的內(nèi)部結(jié)構(gòu)集成運(yùn)放是一種高電26.4.1

對(duì)功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用：是放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。(1)在不失真的情況下能輸出盡可能大的功率。(2)由于功率較大，就要求提高效率。6.4.1對(duì)功率放大電路的基本要求功率放大電路的作用3第6章-集成運(yùn)算放大電路功率放大電路ppt課件41．功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的功率要求：1、功率放大電路不僅要有較高的輸出電壓，還要有較大的輸出電流。

因此功率放大電路中的晶體管通常工作在大電壓大電流狀態(tài)，晶體管的功耗也比較大。對(duì)晶體管的各項(xiàng)指標(biāo)必須認(rèn)真選擇，且盡可能使其得到充分利用。因?yàn)楣β史糯箅娐分械木w管處在大信號(hào)極限運(yùn)用狀態(tài)。2、必須盡可能提高功率放大電路的效率。功率放大電路從電源取用的功率較大，為了提高電源的利用率。1．功率放大電路的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)是向負(fù)載提供足夠大的52．功率放大電路的類型CE(a)甲類0uiC特點(diǎn)：甲類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)。在工作過程中，晶體管始終處在導(dǎo)通狀態(tài)。這種電路功率損耗較大，效率較低，最高只能達(dá)到50％。2．功率放大電路的類型CE(a)甲類0uiC特點(diǎn)：甲類6(b)乙類0uCiCE特點(diǎn)：乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的截止點(diǎn)，晶體管僅在輸入信號(hào)的半個(gè)周期導(dǎo)通。這種電路功率損耗減到最少，使效率大大提高。波形嚴(yán)重失真。(b)乙類0uC7(c)甲乙類uiC0CE特點(diǎn)：甲乙類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)介于甲類和乙類之間，晶體管有不大的靜態(tài)偏流。其失真情況和效率介于甲類和乙類之間。靜態(tài)IC0，一般功放常采用。(c)甲乙類uiC0C8互補(bǔ)對(duì)稱電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。互補(bǔ)對(duì)稱電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它9

作為模擬集成電路的輸出級(jí)，一般總希望帶負(fù)載能力強(qiáng)一些，也就是要求電路的輸出電阻要小一些。解決的辦法是采用射極輸出器。（共集放大電路）作為模擬集成電路的輸出級(jí)，一般總希望帶負(fù)載能力強(qiáng)10uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–OCL電路ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui=0V,iC10，iC20uo=0V。動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

<0VT2導(dǎo)通，T1截止ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止特點(diǎn)：

雙電源供電、輸出無電容器。uoOCL原理電路uiuo+–UCCT1T2+UCCRL–OCL電路ic1ic11

互補(bǔ)輸出電路

在理想狀態(tài)下，兩者在負(fù)載上應(yīng)合成完整波形。電路中，T1和T2互為補(bǔ)充，故稱為互補(bǔ)輸出電路。圖解分析OCL電路.avi

若T1和T2都是硅管，則當(dāng)|ui|＜0.5V時(shí)，兩管都幾乎不導(dǎo)通，有一個(gè)“死區(qū)”。輸入正弦波時(shí)，輸出波形出現(xiàn)如圖所示的失真，這種失真稱為交越失真。交越失真以及克服.avi互補(bǔ)輸出電路在理想狀態(tài)下，兩者在負(fù)載上應(yīng)合12第6章-集成運(yùn)算放大電路功率放大電路ppt課件13

解決的辦法是提高Q點(diǎn)，使管子處于臨界導(dǎo)通狀態(tài)。如圖是用二極管實(shí)現(xiàn)偏置的實(shí)例。這里，利用二極管正向?qū)〞r(shí)的恒壓降特性（約0.6～0.7V），不但給T1、T2適當(dāng)?shù)钠秒妷?，又使信?hào)ui幾乎無損失地傳遞到T2基極，從而克服了交越失真。用二極管實(shí)現(xiàn)偏置的互補(bǔ)輸出電路動(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)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。解決的辦法是提高Q點(diǎn)，使管子處于臨界導(dǎo)通狀14

互補(bǔ)輸出電路實(shí)際上是無輸出電容的功率放大電路，又稱OCL電路（OCL：OutputCapacitorless），它是目前使用最廣泛的功率放大電路之一。互補(bǔ)輸出電路實(shí)際上是無輸出電容的功率放大電路15互補(bǔ)功率放大電路的輸出功率及效率1．功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)

衡量功率放大電路性能的主要技術(shù)指標(biāo)為最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率。（1）最大輸出功率Pom

功率放大電路提供給負(fù)載的信號(hào)功率稱為輸出功率。在輸入為正弦波且輸出基本不失真的條件下，輸出功率是交流功率，表達(dá)式為

Po＝IoUo

式中：Io和Uo均為交流有效值。最大輸出功率Pom是在電路參數(shù)確定的情況下負(fù)載上可能獲得的最大交流功率?；パa(bǔ)功率放大電路的輸出功率及效率1．功率放大電路的主要技術(shù)指16（2）轉(zhuǎn)換效率η

功率放大電路的交流輸出功率與電源所提供的平均功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出電流平均值與其電壓乘積。通常功放輸出的功率大，電源消耗的直流功率也就多。因此，在一定的輸出功率下，減小直流電源的功耗，就可以提高電路的效率。（2）轉(zhuǎn)換效率η172．分析計(jì)算

功率放大電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供較大的不失真的信號(hào)功率，這就要求輸出信號(hào)的電壓和電流的幅值均較大，故管子工作在極限應(yīng)用狀態(tài)。所以在分析功放電路時(shí)，不能采用小信號(hào)的微變等效電路法，而應(yīng)采用圖解法。2．分析計(jì)算功率放大電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供18OCL電路的圖解分析OCL電路的圖解分析19

根據(jù)以上分析，不難求出OCL電路的輸出功率、直流電源提供的平均功率和效率。（1）輸出功率其中（2）直流電源供給的平均功率電源VCC提供的平均功率為

其中iC是通過電源的電流。在圖的電路中，通過電源+VCC的電流為iC1。根據(jù)以上分析，不難求出OCL電路的輸出功率、20從圖中看出所以，電源+VCC提供的平均功率為

電源（－VCC）所提供的平均功率PV－應(yīng)與PV+相等。因此，兩個(gè)電源提供的總平均功率為從圖中看出所以，電源+VCC提供的平均功率為電21（3）轉(zhuǎn)換效率將以上兩個(gè)表達(dá)式代入上式，得

如果輸入信號(hào)幅值足夠大，則Uom可達(dá)到最大值VCC－UCES，而信號(hào)基本上不失真，則（1）輸出功率為最大不失真輸出功率為（3）轉(zhuǎn)換效率將以上兩個(gè)表達(dá)式代入上式，得如22（2）直流電源提供的最大平均功率為（3）轉(zhuǎn)換效率為

在理想情況下，若忽略功率管的飽和壓降UCES，則最大輸出電壓幅值Uom=VCC，則（1）最大不失真輸出功率為（2）直流電源提供的最大平均功率為（3）轉(zhuǎn)換效率為23（2）直流電源供給的功率為（3）轉(zhuǎn)換效率為

應(yīng)當(dāng)指出，大功率管的飽和壓降約為2~3V，所以一般情況下不能忽略飽和壓降。

（2）直流電源供給的功率為（3）轉(zhuǎn)換效率為應(yīng)當(dāng)指出，大24晶體管的選擇

因?yàn)楣β史糯箅娐返妮敵鲭妷汉洼敵鲭娏鞣稻艽?，在選擇功放管時(shí)要特別注意集電極最大允許電流、最大管壓降和最大耗散功率等極限參數(shù)的選擇，以確保管子安全工作。晶體管的選擇因?yàn)楣β史糯箅娐返妮敵鲭妷汉洼敵鲭?5功率三極管的選擇

在互補(bǔ)功率放大電路中，晶體管的選擇必須滿足下列條件：

（1）對(duì)于每只晶體管，必須滿足PCM＞0.2(Pom)。

（2）兩只功放管中處于截止?fàn)顟B(tài)的管子將承受較大的管壓降，其值為（2VCC－UCES），在實(shí)際使用時(shí)，應(yīng)考慮留有一定的余量，所以可以選擇U(BR)CEO＞2VCC。（3）通過晶體管的最大集電極電流為，所以選擇功率三極管的選擇在互補(bǔ)功率放大電路中，晶體管的選擇26

功放電路如圖所示，設(shè)VCC=12V，RL=8Ω，晶體管的極限參數(shù)為ICM=2A，U(BR)CEO=30V，|UCES|=2V，PCM=5W。試求：（1）最大輸出功率Pom值，并檢驗(yàn)所給晶體管是否能安全工作？（2）放大電路在η=0.6時(shí)的輸出功率PO的值。解：（1）由公式得

所求的Icm、UCEm和PT1m均分別小于極限參數(shù)ICM、|V(BR)CEO|和PCM，故晶體管能安全工作。功放電路如圖所示，設(shè)VCC=12V，RL=827（2）由公式得（2）由公式得28

OTL電路(1)特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(shí)(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-OTL電路(1)特點(diǎn)T1、T2的特性一致；(2)靜態(tài)時(shí)29RLuiT1T2Auo+-+-(3)動(dòng)態(tài)時(shí)設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周RLuiT1T2Auo+-+-(3)動(dòng)態(tài)時(shí)設(shè)輸入端在U30(4)交越失真當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，輸出信號(hào)在過零前后出現(xiàn)的失真稱為交越失真。

交越失真產(chǎn)生的原因由于晶體管特性存在非線性，

ui

<死區(qū)電壓晶體管導(dǎo)通不好。交越失真采用各種電路以產(chǎn)生有不大的偏流，使靜態(tài)工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，即工作于甲乙類狀態(tài)?？朔辉绞д娴拇胧﹗itOuotO(4)交越失真當(dāng)輸入信號(hào)ui為正弦波時(shí)，交越失31R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D2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)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)T1、T2

兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)。(5)克服交越失真的電路R1RLuIT1T2+UCCCAuo++-+-R2D1D232

實(shí)際的功率放大電路實(shí)際的功率放大電路332．LM386的外形和引腳圖

LM386的外形和引腳圖2．LM386的外形和引腳圖LM386的外形和引腳圖343．LM386的一種接線圖

LM386的接線圖3．LM386的一種接線圖LM386的接線圖35

集成功率放大器使喇叭相當(dāng)于純電阻負(fù)載去耦，防止低頻自激消振，防止高頻自