模擬電子技術(shù)第九章.ppt

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功率放大電路 9 1功率放大電路的特點和基本類型 本章目錄 總目錄 點擊即可進入學習 9 2功率放大電路的分析計算 9 3改進型功率放大電路 9 4集成功率放大器 習題解答 如 擴音系統(tǒng) 在電子系統(tǒng)中 模擬信號被放大后 往往要去推動一個實際的負載 如使揚聲器發(fā)聲 繼電器動作 儀表指針偏轉(zhuǎn)等 推動一個實際負載需要的功率很大 能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器 功率放大電路的特點和基本類型 一 功放電路的特點 2 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 1 輸出功率Po盡可能大 3 電流 電壓信號比較大 必須注意防止波形失真 4 電源提供的能量應盡可能多地轉(zhuǎn)換給負載 盡量減少晶體管及線路上的損失 即注意提高電路的效率 Po 負載上得到的交流信號功率 PE 電源提供的直流功率 5 功放電路中半導體器件在大信號條件下運用時 電路中應考慮器件的過熱 過流 過壓 散熱等一系列問題 并要有適當?shù)谋Ｗo措施 單電源供電 又稱OTL OutputTransformerless 電路 雙電源供電電路 稱OCL OutputCapacitorless 功放電路 二 功放電路的基本類型 功率放大電路主要有互補對稱式和變壓器耦合推挽式二種類型 1 互補對稱式 OTL功率放大器要求輸入端 T1 T2基極 上的靜態(tài)電壓也為VCC 2 即 I VCC 2 i 單電源互補對稱功率放大器增加了一只大容量 幾百 幾千微法 的電解電容器 當靜態(tài)時 i 0 T1和T2都截止 它們的射極電壓為VCC 2 所以電容器C上充有VCC 2的電壓 輸出 o C 0 信號 i為正半周時 T1導電 使T2截止 負截RL上流過正半周電流 信號為負半周時 電容器C上的電壓VCC 2作為電源 T2導電 T1截止 負載上流過負半周信號電流 所以電容C要有足夠大的容量 使得在信號負半周時能提供出較大的電流 互補對稱功率放大器由于在靜態(tài)條件下T1和T2都處于截止狀態(tài) 所以它的靜態(tài)功耗為零 但在動態(tài)時存在嚴重的交越失真 為了克服交越失真 必須給互補對稱功率放大電路設置一定的靜態(tài)工作點 使信號 i 0時 T1 T2管都處于微導電狀態(tài) 根據(jù)靜態(tài)工作點的不同設置 互補對稱功率放大器可以工作在乙類 即導電角 180 甲類功放 即導電角 360 和甲乙類功放 即導電角 180 360 2 變壓器耦合推挽式 由變壓器原理可知 是由變壓器付邊負載電阻折合到原邊后的等效電阻 變壓器耦合的突出優(yōu)點是可通過改變變壓器的變比 能找到一個最佳的等效負載 此時輸出功率最大 且不失真 并且 在不提高電源電壓的條件下 可以使輸出電壓的幅度Vom超過電源電壓 一 甲類功率放大器分析 1 三極管的靜態(tài)功耗 若 電源提供的平均功耗 則 9 2功率放大電路的分析計算 2 動態(tài)功耗 當輸入信號Ui時 輸出功率 要想PO大 就要使功率三角形的面積大 即必須使Vom和Iom都要大 最大輸出功率 電源提供的功率 此電路的最高效率 甲類功率放大器存在的缺點 輸出功率小靜態(tài)功率大 效率低 最大輸出功率 1 結(jié)構(gòu) 互補對稱 電路中采用兩個晶體管 NPN PNP各一支 兩管特性一致 組成互補對稱式射極輸出器 二 乙類互補對稱功率放大電路 2 工作原理 設ui為正弦波 靜態(tài)時 ui 0V ic1 ic2均 0 乙類工作狀態(tài) uo 0V 動態(tài)時 ui 0V T1截止 T2導通 ui 0V T1導通 T2截止 iL ic1 iL ic2 T1 T2兩個管子交替工作 在負載上得到完整的正弦波 輸入輸出波形圖 ui uo uT2 uT1 死區(qū)電壓 3 組合特性分析 圖解法 負載上的最大不失真電壓為Uom VCC UCES 2 最大不失真輸出功率Pom 1 輸出功率Po 4 分析計算 負載上的最大不失真電壓為Uom VCC UCES 一個管子的管耗 3 管耗PT 兩管管耗 4 電源供給的功率PE 當 5 效率 最高效率 max 5 三極管的最大管耗 問 Uom PT1最大 PT1max 用PT1對Uom求導 并令導數(shù) 0 得出 PT1max發(fā)生在Uom 0 64VCC處 將Uom 0 64VCC代入PT1表達式 6 選功率管的原則 1 PCM PT1max 0 2PoM 存在交越失真 乙類互補對稱功放的缺點 消除交越失真 甲乙類互補對稱功率放大電路 9 3改進型功率放大電路 靜態(tài)時 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導通狀態(tài) 甲乙類工作狀態(tài) 動態(tài)時 設ui加入正弦信號 正半周T2截止 T1基極電位進一步提高 進入良好的導通狀態(tài) 負半周T1截止 T2基極電位進一步降低 進入良好的導通狀態(tài) 電路中增加R1 D1 D2 R2支路 基本原理 一 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 EWB仿真 2 帶前置放大級的功率放大器 帶運放前置放大級的功率放大電路 運放A接成同相輸入方式作前置放大級 引入了電壓串聯(lián)負反饋 整個電路的電壓放大倍數(shù) 3 帶復合管的OCL互補輸出功放電路 T1 電壓推動級 前置級 T2 R1 R2 UBE倍增電路克服交越失真 T3 T4 T5 T6 復合管構(gòu)成互補對稱功放 輸出級中的T4 T6均為NPN型晶體管 兩者特性容易對稱 特別注意 甲乙類互補對稱電路的計算同乙類 1 基本原理 單電源供電 輸出加有大電容 1 靜態(tài)偏置 二 甲乙類單電源互補對稱電路 OTL 調(diào)整RW阻值的大小 可使 此時電容上電壓 2 動態(tài)分析 電容起到了負電源的作用 Ui負半周時 T1導通 T2截止 Ui正半周時 T1截止 T2導通 3 輸出功率及效率 若忽略交越失真的影響 則 注意 OCL雙電源供電 OTL單電源供電 除了這一點之外兩者完全相同 所以 只要把OCL計算公式中的VCC變?yōu)? 2VCC 就得到OTL的計算公式 如 OCL OTL 若忽略交越失真的影響 則 此電路存在的問題 輸出電壓正方向變化的幅度受到限制 達不到VCC 2 2 帶自舉電路的單電源功放 用自舉電路來解決 帶自舉電路的單電源功放 靜態(tài)時 C1充電后 其兩端有一固定電壓 動態(tài)時 由于C1很大 兩端電壓基本不變 使C1上端電位隨輸出電壓升高而升高 保證輸出幅度達到VCC 2 C1 R7為自舉電路 9 4集成功率放大器 一般通用型集成運放的輸出功率是很小的 如 A741的輸出功率僅為100mW左右 在需要較大功率場合 可選用集成功率放大器 5W音頻放大器 OTL電路 34dB增益 BW 300kHz 8歐姆負載時輸出功率5W 音量調(diào)節(jié) 改善音質(zhì) 低頻旁路 電源去耦 OCL音頻放大器 20W 交流電壓串聯(lián)負反饋 C1 C2 C3 C4電源去耦濾波 C7 C5 R3改善音質(zhì)用 D1 D2正負向限幅