1、(8-1) 第八章 功率放大器模擬電子線路(8-2)第八章 功率放大器8.1 概述8.2 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路8.3 實(shí)際功放電路8.4 集成功率放大器8.5 變壓器耦合式功放電路(8-3)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(8-4)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(guò)程UbUO1R1aR2uoUsc+R3Rt 功 放b溫控室A+-uo1加熱元件(8-5)分析功放電路應(yīng)注意的問(wèn)題(1) 功放

2、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(guò)晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce(8-6)(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。(8-7) 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Rbuo USCuiibRE射極輸出器能否做功率放大？(8-8)RbuoUSCuiRE射極輸出器效率的估算：(設(shè)RL=RE)uotuoibQ

3、icuceUSC(8-9)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。(8-10)放大電路的輸出沒(méi)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))(8-11)如何解決效率低的問(wèn)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。(8-12) 互補(bǔ)

4、對(duì)稱功放的類型 無(wú)輸出變壓器形式 （ OTL電路）無(wú)輸出電容形式 （ OCL電路）OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess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(8-13)8.2.1 無(wú)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。(8-14)ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：ui

5、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 = 0V T1、T2均不工作 uo = 0V(8-15)乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:ui-USCT1T2uo+USCRLiL死區(qū)電壓uiuououo tttt交越失真：輸入信號(hào) ui在過(guò)零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。交越失真(8-16)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

6、失真。 乙類放大的特點(diǎn)：(8-17)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：(8-18)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(8-19)效率為：結(jié)論：OCL電路效率較高； 電流、電壓波形存在失真。(8-20)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，u

7、i IB，則(8-25)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：(8-26)becibic 1 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：(8-27)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(8-28)

8、-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)(8-29)8.2.2 無(wú)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(8-30)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

9、。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(8-31)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(8-32)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12，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A(8-33)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

10、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）。8.3 實(shí)際功放電路(8-34)+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4

11、BX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：(8-35)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(shī)白主編）。(8-36)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(guó)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(8-37)集成功放 LM384管腳說(shuō)明:14 - 電源端（

12、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）)12345 678910111213141 - 接旁路電容（5 ）9、13 - 空腳（NC）(8-38)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(8-39)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=50

13、W。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。8.5 變壓器耦合式功放電路 利用變壓器阻抗變換關(guān)系（ RL= K2 RL），通過(guò)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(wèn)題。(8-40) （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。 (8-41)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。(8-42)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)集電極輸出信號(hào)合為一個(gè)信號(hào)，耦合到副邊輸出給負(fù)載。uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1(8-43)uiT2T1RL+-USCiLN2N1N12. 動(dòng)、靜態(tài)分析靜態(tài)分析：ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。變壓器線圈對(duì)于直流相當(dāng)于短路。(8-44)uiT2T1RL+-USCiLN2N1N1動(dòng)態(tài)分析： ui 0 時(shí)： T1導(dǎo)通、T2 截止，ic1 經(jīng)變壓器耦合給負(fù)載，iL的方向由 ic1決定。 若ui 為正弦信號(hào)，則 iL近似為正弦波。 ui 0 時(shí)： T2導(dǎo)通、T1截止，ic2 經(jīng)變