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行,9.4集成功率放大電路,本章重點和考點：,重點掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計算。,本章討論的問題：,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？晶體管的耗散功率最大時，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

2、且負(fù)載電阻也相同的情況下，對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)載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。,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：,9.1.1功率放大電路的特點,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)載的信號功率稱為輸出功率。是交流功率，表達(dá)式為PoIoUo。,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

3、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，要注意極限參數(shù)的選擇，還要注意其散熱條件，使用時必須安裝合適的散熱片和各種保護(hù)措施。,三、功率放大電路的分析方法,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

4、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.無輸入信號作用時,圖9.1.1輸出功率和效率的圖解分析,2.在輸入信號為正弦波時，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,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PVICQ 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,

5、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,在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波,直流電源提供的功率不變,電路的最大效率為: Pom / PV =50 ,實用的變壓器功率放大電路,希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號愈大，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“推挽”工作方式。,無輸入信號，二管截止,有輸入信號，二管交替導(dǎo)通,功率放大電路的分類,在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據(jù)晶體管在信號整個周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類,甲

6、類( = 2 ),乙類( = ),甲乙類( 2 ),丙類： 導(dǎo)通角小于 。,丁類：功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子僅在飽和導(dǎo)通時消耗功率。,集電極電流iC將嚴(yán)重失真。,三、無輸出變壓器的功率電路Output Transformerless （OTL電路）,用一個大容量電容取代了變壓器(電容：幾百幾千微法的電解電容器）,圖9.1.4OTL電路,靜態(tài)時：前級電路應(yīng)使基極電位為VCC/2，發(fā)射結(jié)電位為VCC/2 ，故電容上的電壓也VCC/2。,單電源供電。T1和T2特性對稱,工作時： T1和T2輪流導(dǎo)通，電路為射極跟隨狀態(tài)。,OTL工作在乙類工作狀態(tài)， 會出現(xiàn)交越失真。,如何消除？,動畫avi17-4.a

7、vi,四、無輸出電容的功率放大電路 Output Capacitorless（OCL電路）,雙電源供電,T1和T2特性對稱,圖9.1.5OCL電路,靜態(tài)時: T1和T2均截止，輸出電壓為零。,工作時: T1和T2交替工作，正、負(fù)電源交替供電，輸出與輸入之間雙向跟隨。,不同類型的二只晶體管交替工作，且均組成射極輸出形式的電路稱為“互補(bǔ)”電路；二只管子的這種交替工作方式稱為“互補(bǔ)”工作方式。,五、橋式推挽功率放大電路 Balanced Transformerless（BTL電路）,圖9.1.6BTL電路,單電源供電，四只管子特性對稱,靜態(tài)時，四只晶體管均截止，輸出電壓為零。,當(dāng) ui0時 ，T1和

8、T4導(dǎo)通， T2和T3 截止，負(fù)載上獲得正半周電壓；,當(dāng) ui0時 ，T2和T3導(dǎo)通， T1和T4 截止，負(fù)載上獲得負(fù)半周電壓。,因而負(fù)載上獲得交流功率,工作時，,9.2.1OCL電路的組成及工作原理,一、電路組成,ui 0 T1 導(dǎo)通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 導(dǎo)通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 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,若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產(chǎn)生交越失真。,動畫avi17-3.avi,二、消除

9、交越失真的OCL電路的工作原理,消除交越失真思路：,ui = 0，給 T1、T2 提供靜態(tài)電壓,UB1、B2UD1UD2UR2,UB1、B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2管發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，兩管均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為IB1和IB2 。靜態(tài)時應(yīng)調(diào)節(jié)R1 ，使UE為0,即u0為0。,動畫avi17-2.avi,當(dāng) ui = 0 時，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)輸入信號為正弦交流電時,圖9.2.3

10、T1和T2 管在ui作用下輸入特性中的圖解分析,二管導(dǎo)通的時間都比輸入信號的半個周期更長，功放電路工作在甲乙類狀態(tài)。,9.2.2OCL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9.2.4OCL電路的圖解分析,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,動畫avi17-1.avi,最大輸出功率,電源VCC提供的電流,電源在負(fù)載獲得最大交流功率時所消耗的平均功率等于其平均電流與電源電壓之積。,轉(zhuǎn)換效率,理想情況下， UCES可忽略；但大

11、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BTL,3.OCL功放的性能指標(biāo)：,Uop = VCC UCES,9.2.3OCL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,三、集電極最大功耗,如何求PT的最大功率？,晶體管集電極最大功耗僅為最大輸出功率的五分之一。,在查閱手冊選擇晶體管時，應(yīng)使極限參數(shù),UCEO2VCC ICMVCC/RL PCM0.2Pom,例9.2.1在圖9.2.2所示電路中已知VCC 15V，輸入電壓為正

12、弦波，晶體管的飽和管壓降UCES 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）,（2）因為UOUi，所以UOm8V。最大輸出功率,9.4集成功率放大電路,OTL、OCL和BTL電路均有各種不同電壓增益多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。,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，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

13、典型運用。,一、LM386內(nèi)部電路,圖9.4.1LM386內(nèi)部電路原理圖,第一級差分放大電路（雙入單出）,第二級共射放大電路（恒流源作有源負(fù)載）,第三級OTL功放電路,輸出端應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。,電阻R7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之間開路時,2.當(dāng)引腳1和8之間外接電阻R時,3.當(dāng)引腳1和8之間對交流信號相當(dāng)于短路時,4.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),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9.4.2LM386的外形和引腳,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,最大輸出功率為,輸入電壓有效值,2.LM386電壓增益最大的用法,3.LM386的一般用法,圖9.4.4 LM386電壓增益最大的用法,圖9.4.5 LM386的一般用