模擬電子技術(shù)第九章

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1、第 九 章 功 率 放 大 電 路9.1功率放大電路概述9.2互補(bǔ)功率放大電路9.3功率放大電路的安全運(yùn)行9.4集成功率放大電路 本 章 重 點(diǎn) 和 考 點(diǎn) ：重 點(diǎn) 掌 握 功 放 的 最 大 輸 出 電 壓 、最 大 輸 出 功 率 和 效 率 的 計(jì) 算 。 本 章 討 論 的 問(wèn) 題 ：1.功 率 放 大 是 放 大 功 率 嗎 ？ 電 壓 放 大 電 路 和 功 率 放 大 電 路 有 什 么 區(qū) 別 ？2.什 么 是 晶 體 管 的 甲 類 、 乙 類 和 甲 乙 類 工 作 狀 態(tài) ？3.晶 體 管 的 最 大 耗 散 功 率 是 否 是 電 路 的 最 大 輸 出 功 率 ？

2、晶 體 管 的 耗 散 功 率 最 大 時(shí) ， 電 路 的 輸 出 功 率 是 最 大 嗎 ？4.互 補(bǔ) 式 功 放 電 路 的 輸 出 功 率 是 否 為 單 管 功 放 電 路 的二 倍 ？ 本 章 討 論 的 問(wèn) 題 ：5.在 已 知 電 源 電 壓 相 同 且 負(fù) 載 電 阻 也 相 同 的 情 況 下 ， 如 何 估 算 出 最 大 輸 出 功 率 ？6.在 已 知 電 源 電 壓 相 同 且 負(fù) 載 電 阻 也 相 同 的 情 況 下 ， 對(duì) 于 不 同 電 路 形 式 的 功 放 ， 最 大 輸 出 功 率 都 相 同 嗎 ？ 它 們 與 電 路 中 晶 體 管 的 工 作 狀

3、態(tài) 有 關(guān) 嗎 ？7.功 放 管 和 小 功 率 放 大 電 路 中 晶 體 管 的 選 擇 有 何 不 同 ？ 如 何 選 擇 ？ 9.1功率放大電路概述能 夠 向 負(fù) 載 提 供 足 夠 信 號(hào) 功 率 的 放 大 電 路 稱 為功 率 放 大 電 路 ， 簡(jiǎn) 稱 功 放 。功 放 既 不 是 單 純 追 求 輸 出 高 電 壓 ， 也 不 是 單 純追 求 輸 出 大 電 流 ， 而 是 追 求 在 電 源 電 壓 確 定 的情 況 下 ， 輸 出 盡 可 能 大 的 功 率 。功 放 電 路 的 要 求 ： Pomax 大 ， 三 極 管 極 限 工 作 = P omax / PV 要

4、 高失 真 要 小 9.1.1 功 率 放 大 電 路 的 特 點(diǎn)一 、 主 要 技 術(shù) 指 標(biāo)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 。 是交 流 功 率 ， 表 達(dá) 式 為 Po IoUo。最 大 輸 出 功 率 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2.轉(zhuǎn) 換 效 率 功 率 放 大 電 路 的 最 大 輸 出 功 率 與 電 源 提 供 的 直 流 功 率 之比 。 直 流 功 率 等 于 電 源 輸 出 電 流 平 均 值 及 電 壓 之

5、 積 。 二 、 功 率 放 大 電 路 中 的 晶 體 管在 功 率 放 大 電 路 中 ， 為 使 輸 出 功 率 盡 可 能 大 ， 要 求晶 體 管 工 作 在 極 限 應(yīng) 用 狀 態(tài) 。選 擇 功 放 管 時(shí) ， 要 注 意 極 限 參 數(shù) 的 選 擇 ， 還 要 注 意 其 散熱 條 件 ， 使 用 時(shí) 必 須 安 裝 合 適 的 散 熱 片 和 各 種 保 護(hù) 措 施 。晶 體 管 集 電 極 電 流 最 大 時(shí) 接 近 ICM晶 體 管 管 壓 降 最 大 時(shí) 接 近 U（ BR） CEO晶 體 管 耗 散 功 率 最 大 時(shí) 接 近 PCM三 、 功 率 放 大 電 路 的

6、分 析 方 法采 用 圖 解 法 9.1.2 功 率 放 大 電 路 的 組 成 一 、 為 什 么 共 射 放 大 電 路 不 宜 用 作 功 率 放 大 電 路圖 9.1.1 (a)共 射 放 大 電 路 圖 9.1.1輸 出 功 率 和 效 率 的 圖 解 分 析直 流 電 源 提 供 的 直 流 功 率 為 ICQ VCC即 圖 中 矩 形 ABCO的 面 積 。集 電 極 電 阻 RC的 功 率 損 耗 為 I2CQRC 即 圖 中 矩 形 QBCD的 面 積 。晶 體 管 集 電 極 耗 散 功 率 為 ICQ UCEQ即 圖 中 矩 形 AQDO的 面 積 。1.無(wú) 輸 入 信

7、號(hào) 作 用 時(shí) 圖 9.1.1輸 出 功 率 和 效 率 的 圖 解 分 析2.在 輸 入 信 號(hào) 為 正 弦 波 時(shí) ，若 集 電 極 電 流 也 為 正 弦 波直 流 電 源 提 供 的 直 流 功 率 不 變負(fù) 載 電 阻 RL上 所 獲 得 的 功 率 PO僅 為 P/Om的 一 部 分 。R/L(=RC/RL)上 獲 得 的 最 大交 流 功 率 P/Om為 )(21)2( 20 LCQCQLCQm RIIRIP 即 圖 中 三 角 形 QDE的 面 積共 射 放 大 電 路 輸 出 功 率 小 ， 效 率 低 （ 25 ） ， 不 宜 作 功 放 。 二 、 變 壓 器 耦 合 功

8、 率 放 大 電 路傳 統(tǒng) 的 功 放 為 變 壓 器 耦 合 式 電 路電 源 提 供 的 功 率 為 P V ICQ VCC ， 全 部 消 耗 在 管 子 上 。則 可 作 出 交 流 負(fù) 載 線 RL等 效 到 原 邊 的 電 阻 為 LL RNNR 221)( 變 壓 器 原 邊 線 圈 電 阻可 忽 略 不 計(jì) ， 直 流 負(fù)載 線 垂 直 于 橫 軸 且 過(guò)(VCC ， 0)。 CCCQCCCQm VIVIP 21220 在 理 想 變 壓 器 的 情 況 下 ， 最 大 輸 出 功 率 為即 三 角 形 QAB的 面 積在 輸 入 信 號(hào) 為 正 弦 波 時(shí) ， 若 集 電 極

9、 電 流 也 為 正 弦 波直 流 電 源 提 供 的 功 率 不 變電 路 的 最 大 效 率 為 : Pom / PV =50 實(shí) 用 的 變 壓 器 功 率 放 大 電 路希 望 輸 入 信 號(hào) 為 零 時(shí) ， 電 源 不 提 供 功 率 ， 輸 入 信 號(hào)愈 大 ， 負(fù) 載 獲 得 的 功 率 也 愈 大 ， 電 源 提 供 的 功 率 也隨 之 增 大 ， 從 而 提 高 效 率 。變 壓 器 耦 合 乙 類 推 挽 功 率 放 大 電 路 圖 9.13(a)變 壓 器 耦 合 乙 類 推 挽 功 率 放 大 電 路同 類 型 管 子 在 電 路 中 交替 導(dǎo) 通 的 方 式 稱 為

10、 “ 推挽 ” 工 作 方 式 。無(wú) 輸 入 信 號(hào) ， 二 管 截 止有 輸 入 信 號(hào) ， 二 管 交 替導(dǎo) 通 功 率 放 大 電 路 的 分 類在 放 大 電 路 中 ， 若 輸 入 信 號(hào) 為 正 弦 波 時(shí) ， 根 據(jù) 晶 體 管在 信 號(hào) 整 個(gè) 周 期 內(nèi) 導(dǎo) 通 情 況 分 類甲 類 ( 2 )tiCO Icm 2ICQ tiCO Icm 2ICQ 乙 類 ( ) tiCO IcmICQ 2甲 乙 類 ( 0時(shí) ， T1和 T4導(dǎo) 通 ， T 2和 T3 截 止 ， 負(fù) 載 上 獲 得 正半 周 電 壓 ；當(dāng) ui 0 T1 導(dǎo) 通 T2 截 止iC1 io = iE1 =

11、iC1, uO = iC1RLui 0 T2 導(dǎo) 通 T1 截 止iC1 io = iE2 = iC2, uO = iC2RLui = 0 T1 、 T2 截 止9.2 互 補(bǔ) 功 率 放 大 電 路目 前 使 用 最 廣 泛 的 功 放 是 OTL電 路 和 OCL電 路若 考 慮 三 極 管 的 開(kāi) 啟 電 壓 ， 輸 出 波 形 將 產(chǎn) 生 交 越 失 真 。動(dòng) 畫 avi17-3.avi 二 、 消 除 交 越 失 真 的 OCL電 路 的 工 作 原 理tiC0 ICQ1ICQ2消 除 交 越 失 真 思 路 ： 圖 9.2.2消 除 交 越 失 真 的 OCL電 路RLRD1D2

12、T1T2+VCC+ui +uoVCCV5uiui = 0， 給 T1、 T2 提 供 靜 態(tài) 電 壓U B1、 B2 UD1 UD2 UR2UB1、 B2略 大 于 T1管 發(fā) 射 結(jié) 和 T2管 發(fā) 射 結(jié) 開(kāi) 啟 電 壓 之 和 ， 兩 管均 處 于 微 導(dǎo) 通 狀 態(tài) ， 即 都 有 一 個(gè) 微 小 的 基 極 電 流 ， 分 別 為IB1和 IB2 。 靜 態(tài) 時(shí) 應(yīng) 調(diào) 節(jié) ， 使 為 0,即 為 0。動(dòng) 畫 avi17-2.avi 當(dāng) ui = 0 時(shí) ， T1、 T2 微 導(dǎo) 通 。當(dāng) ui 0 ( 至 )， T1 微 導(dǎo) 通 充 分 導(dǎo) 通 微 導(dǎo) 通 ；T2 微 導(dǎo) 通 截

13、止 微 導(dǎo) 通 。當(dāng) ui 0 ( 至 )， T2 微 導(dǎo) 通 充 分 導(dǎo) 通 微 導(dǎo) 通 ； T1 微 導(dǎo) 通 截 止 微 導(dǎo) 通 。當(dāng) 輸 入 信 號(hào) 為 正 弦 交 流 電 時(shí) 圖 9.2.3 T 1和 T2 管 在 ui作 用 下 輸 入特 性 中 的 圖 解 分 析二 管 導(dǎo) 通 的 時(shí) 間 都 比 輸 入 信 號(hào) 的半 個(gè) 周 期 更 長(zhǎng) ， 功 放 電 路 工 作 在甲 乙 類 狀 態(tài) 。 9.2.2 OCL電 路 的 輸 出 功 率 及 效 率當(dāng) 輸 入 電 壓 足 夠 大 ， 且 又 不 產(chǎn) 生 飽 和 失 真 的 圖 解 分 析 圖 9.2.4 OCL電 路 的 圖 解 分

14、 析圖 中 I區(qū) 為 T1管 的 輸 出 特 性 ，II區(qū) 為 T2管 的 輸 出 特 性 ；二 只 管 子 的 靜 態(tài) 電 流 很 小 ，可 認(rèn) 為 Q點(diǎn) 在 橫 軸 上 。Uop = VCC UCES最 大 輸 出 電 壓 幅 值最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 的 有 效 值2UVU CESCCO m 動(dòng) 畫 avi17-1.avi 最 大 輸 出 功 率 L 2CESCCLO2O R2 UVRUP ）（ mm電 源 VCC提 供 的 電 流 ti sinR UV L CESCCC 電 源 在 負(fù) 載 獲 得 最 大 交 流 功 率 時(shí) 所 消 耗 的 平 均 功 率 等于 其 平 均

15、 電 流 與 電 源 電 壓 之 積 。 0 CCL CESCCV VsinRUV1P tdt L CESCCCCV R UVV2P ）（ 轉(zhuǎn) 換 效 率 CC CESCCVO VUV4PP m理 想 情 況 下 ， UCES可 忽 略 ； 但 大 功 率 管 UCES較 大 ， 不 能 忽 略 復(fù) 習(xí) ：1.功 放 電 路 的 性 能 指 標(biāo) ： 最 大 輸 出 電 壓 、 最 大 輸 出 功 率 和 效 率 2.功 放 電 路 的 分 類 ： 甲 類 、 乙 類 、 甲 乙 類 、 丙 類 和 丁 類 變 壓 器 耦 合 、 OTL、 OCL和 BTL3.OCL功 放 的 性 能 指 標(biāo)

16、： 2UVU CESCCO mUop = VCC UCES L 2CESCCLO2O R2 UVRUP ）（ mm L CESCCCCV R UVV2P ）（ CC CESCCVO VUV4PP m 9.2.3 OCL電 路 中 晶 體 管 的 選 擇一 、 最 大 管 壓 降UCEmax=2VCC 二 、 集 電 極 最 大 電 流 L CES1CCEmaxCmax RUV II LCCCmax RVI三 、 集 電 極 最 大 功 耗 ）（ 4UUVR1 sinRU)sinUV(2121P OM2OMCCL 0 0 LOMOMCCT ttdttdiu CCE 如 何 求 PT的 最 大 功

17、 率 ？RLRD1D2 T1T2+VCC+ui +uoVCCV5ui )(V6.0V2U0 CCCCOM 輸 出 電 壓 峰 值， 可 以 求 得 ，令 OMTdUdP m0L2 CC2maxT P2.0RVP 晶 體 管 集 電 極 最 大 功 耗 僅 為 最 大 輸 出 功 率 的 五 分 之 一 。在 查 閱 手 冊(cè) 選 擇 晶 體 管 時(shí) ， 應(yīng) 使 極 限 參 數(shù)UCEO 2VCC I CM VCC/RLPCM 0.2Pom 例 9.2.1 在 圖 9.2.2所 示 電 路 中 已 知 VCC 15V， 輸 入 電 壓為 正 弦 波 ， 晶 體 管 的 飽 和 管 壓 降 UCES

18、3V， 電 壓 放 大 倍 數(shù)約 為 1， 負(fù) 載 電 阻 RL 4歐 ，（ 1） 求 解 負(fù) 載 上 可 能 獲 得 的 最 大 功率 和 效 率（ 2） 若 輸 入 電 壓 最 大 有 效 值 為 8V，則 負(fù) 載 上 能 夠 獲 得 的 最 大 功 率 為 多 少 。解 （ 1） W mm 18R2 UVRUP L 2CESCCLO2O ）（ 628.0VUV4PP CC CESCCVO m（ 2） 因 為 UOUi， 所 以 UOm8V。 最 大 輸 出 功 率Wmm 1648RUP 2 LO2O RLRD1D2 T1T2+VCC+ui +uoVCCV5ui 9.4 集 成 功 率 放

19、 大 電 路OTL、 OCL和 BTL電 路 均 有 各 種 不 同 電 壓 增 益 多 種 型 號(hào)的 集 成 電 路 。 只 需 外 接 少 量 元 件 ， 就 可 成 為 實(shí) 用 電 路 。9.4.1 集 成 功 率 放 大 電 路 分 析LM386是 一 種 音 頻 集 成 功 放 ， 具 有 功 耗 小 ， 電 壓 增 益可 調(diào) 節(jié) ， 電 源 電 壓 范 圍 大 ， 外 接 元 件 少 和 總 諧 波 失 真小 等 優(yōu) 點(diǎn) ， 廣 泛 應(yīng) 用 于 錄 音 機(jī) 和 收 音 機(jī) 之 中 。掌 握 集 成 功 放 的 電 路 組 成 ， 工 作 原 理 、 主 要 性 能 指 標(biāo) 和典 型

20、 運(yùn) 用 。 一 、 LM386內(nèi) 部 電 路 圖 9.4.1 LM386內(nèi) 部 電 路 原 理 圖第 一 級(jí) 差 分 放 大 電 路（ 雙 入 單 出 ）第 二 級(jí) 共 射 放 大 電 路（ 恒 流 源 作 有 源 負(fù) 載 ）第 三 級(jí) OTL功 放 電 路輸 出 端 應(yīng) 外 接 輸 出 電容 后 再 接 負(fù) 載 。電 阻 R 7從 輸 出 端 連 接 到 T2的 發(fā) 射 極 形 成 反 饋 通 道 ， 并 與 R5和R6構(gòu) 成 反 饋 網(wǎng) 絡(luò) ， 引 入 深 度 電 壓 串 聯(lián) 負(fù) 反 饋 。 二 、 LM386的 電 壓 放 大 倍 數(shù)1.當(dāng) 引 腳 1和 8之 間 開(kāi) 路 時(shí)Uf=UR

21、5+UR6 Ui/2 OiOf UURRR RRUUF 2765 65 202)1(2 65 765 7 RR RRR RUUA iOu2.當(dāng) 引 腳 1和 8之 間 外 接 電 阻 R時(shí) RRR RAu /2 65 7 3.當(dāng) 引 腳 1和 8之 間 對(duì) 交 流 信 號(hào) 相 當(dāng) 于 短 路 時(shí)2002 57 RRAu4.在 引 腳 1和 5之 間 外 接 電 阻 ， 也 可 改 變 電 路 的 電 壓 放 大 倍 數(shù) 65 7 )/(2 RR RRAu 電 壓 放 大 倍 數(shù) 可 以 調(diào) 節(jié) ，調(diào) 節(jié) 范 圍 為 20200。三 、 LM386引 腳 圖 圖 9.4.2 LM386的 外 形

22、 和 引 腳9.4.2 集 成 功 率 放 大 電 路 的 主 要 性 能 指 標(biāo) （ 略 ） 9.4.3 集 成 功 率 放 大 電 路 的 應(yīng) 用一 、 集 成 OTL電 路 的 應(yīng) 用1.LM386外 接 元 件 最 少 的 用 法靜 態(tài) 時(shí) 輸 出 電 容 上 電 壓 為VCC /2最 大 不 失 真 輸 出 電 壓 的 峰 峰 值 為 電 源 電 壓 VCC WRVRVP LCCLCCOm 18)22/( 22 最 大 輸 出 功 率 為 輸 入 電 壓 有 效 值 mVAVU uCCim 2832/2 2.LM386電 壓 增 益最 大 的 用 法3.LM386的 一 般 用 法

23、圖 9.4.4 LM386電 壓 增 益 最 大 的 用 法 圖 9.4.5 LM386的 一 般 用 法引 腳 1和 引 腳 8接 10uF電 解 電 容 器 ， 1和 8之間 交 流 短 路 。引 腳 1和 引 腳 5接 電 阻 ，也 可 改 變 電 壓 放 大 倍數(shù) 。 二 、 集 成 OCL電 路 的 應(yīng) 用TDA1521的 基 本 接 法TDA1521為 2通 道 OCL電 路 ， 可 作 為 立 體 聲擴(kuò) 音 機(jī) 左 、 右 兩 個(gè) 聲道 的 功 放 。最 大 輸 出 功 率P om 12W最 大 不 失 真 輸 出 電 壓Uom 9.8V 三 、 集 成 BTL電 路 的 應(yīng) 用TDA1556為 2通 道 BTL電 路 。 可 作 為 立 體 聲 擴(kuò) 音 機(jī)左 ， 右 兩 個(gè) 聲 道 的 功 放 。TDA1556的基 本 接 法