1、補(bǔ)充: 4.6功率放大器,4.6.1 概述 4.6.2 互補(bǔ)對稱功率放大電路,在一實際的放大電路中,一般包括電壓放大器和功率放大器.,4.6.1 概述,電壓放大器的主要任務(wù)： 不失真的提高輸入信號的電壓幅度.,討論的主要性能指標(biāo)：,小信號 工 作：,小信號等效電路,功率放大器的主要任務(wù)： 給負(fù)載提供功率,且在不失真或輕度失真的條件下的提高輸出功率.,大信號 工 作：,圖解法,例1： 擴(kuò)音系統(tǒng),功率放大器的作用： 用作放大電路的輸出級，以驅(qū)動執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,4.6.1 概述,一、功率放大器的性能要求,1.輸出功率盡可能大和安全,管子大信號極限條件下運(yùn)用。

2、,2.效率要高,用c 集電極效率 (Collector Efficiency) 衡量轉(zhuǎn)換效率：,Po 一定，c 高PD 小PC 小, 可選 PCM 小的管子，以降低費(fèi)用。,3. 非線性失真要小,輸出功率越大，相應(yīng)的動態(tài)電壓電流越大，器件特性非線性引起的非線性失真也越大。除采用反饋技術(shù)外，還必須限制輸出功率。,二、提高效率的主要途徑,根據(jù)功率管在一個信號周期內(nèi)導(dǎo)通時間的不同，功率管運(yùn)用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。,功率管運(yùn)用狀態(tài)通常靠選擇靜態(tài)工作點來實現(xiàn)。,甲類：功率管在一個周期內(nèi)導(dǎo)通 (如小信號放大)。,乙類：功率管僅在半個周期內(nèi)導(dǎo)通。,甲乙類：管子在大于半個周期小于一個周期內(nèi)導(dǎo)

3、通。,丙類：功率管小于半個周期內(nèi)導(dǎo)通。,不合適，因為效率太低 。,估算射極輸出器的效率 ：,(設(shè)RL=RE),為使輸出信號的幅值盡可能大(要保證不失真)，靜態(tài)工作點（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線的中部）。,若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號uo的峰值最大只能為：,uo的取值范圍,直流負(fù)載線,交流負(fù)載線,UCEQ = 0.5VCC,靜態(tài)工作點：,放大電路的輸出沒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),如何解決效率低的問題？,辦法：降低Q點。,既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或互補(bǔ)對稱射極輸出器。,缺點

4、：但又會引起截止失真。,4.6.2 互補(bǔ)對稱功率放大電路,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補(bǔ)對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、 PNP各一支；兩管特性一致。,類型：,4.6.3無輸出電容的互補(bǔ)對稱功放電路,一、工作原理（設(shè)ui為正弦波）,電路的結(jié)構(gòu)特點：,1. 由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個對稱的射極輸出器對接而成。,2. 雙電源供電。,3. 輸入輸出端不加隔直電容。,乙類雙電源的互補(bǔ)對稱功放電路,動態(tài)分析：,ui 0V,T1截止，T2導(dǎo)通,ui 0V,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1

5、、T2兩個晶體管都只在半個周期內(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,(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管導(dǎo)通時間等于半個周期 ； (3) 存在交越失真。,乙類放大的特點：,圖解法分析功放的性能指標(biāo),1.,2.,3.,4.,二、最大輸出功率及效率的計算,假設(shè) ui 為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時均能飽和，此時輸出達(dá)到最大值。,負(fù)載上得到的最大功率為：,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：,電源提供的直流平均功率計算：,每個電源中的電流為半個正弦波，其平均值為

6、:,兩個電源提供的總功率為：,VCC1 =VCC2 =VCC,效率為：,乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:,死區(qū)電壓,交越失真：輸入信號 ui在過零前后，輸出信號出現(xiàn)的失真便為交越失真。,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，ui uT時晶體管截止。,克服交越失真的措施：電路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、 D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；,動態(tài)時：設(shè) ui 加入正弦信號。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)

7、入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。,甲乙類放大的波形關(guān)系：,特點：存在較小的靜態(tài)電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時間大于半個周期，基本不失真。,為更好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。,2. UBE電壓倍增電路,合理選擇R1、R2大小，B1、 B2間便可得到 UBE 任意倍數(shù)的 電壓。,圖中B1、B2分別接T1、 T2的基極。假設(shè)I IB，則,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)動能力。,復(fù)合管的構(gòu)成方式：,方式一：, 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：,改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：,T1：電

8、壓推動級,T1、R1、R2： UBE倍增電路,T3、T4、T5、T6： 復(fù)合管構(gòu)成的輸出級,準(zhǔn)互補(bǔ),輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。,第4級：互補(bǔ)對稱射極跟隨器,第3級：單管放大器,集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大器,9.2.2 無輸出變壓器的互補(bǔ)對稱功放電路,一、特點,1. 單電源供電；,2. 輸出加有大電容。,二、靜態(tài)分析,則 T1、T2 特性對稱，,令：,三、動態(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。,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正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。,時，T1導(dǎo)通、T2截止；,四、輸出功率及效率,若

9、忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：,實用OTL互補(bǔ)輸出功放電路,調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USC,D1 、 D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降，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。,9.3 實際功放電路,這里介紹一個實用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有 ：,(1) 恒流源式差動放大輸入級（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（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)

10、 共射放大級（T4）； (7) 校正環(huán)節(jié)（C5、R4）； (8) UBE倍增電路（T6、R2、R3）； (9) 調(diào)整輸出級工作點元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。,4.6 集成運(yùn)算放大器,集成運(yùn)放是實現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。,集成運(yùn)放性能特點,Av很大：（104 107 或 80 140dB）,Ri 很大：（幾k 105 M 或 ）,Ro很?。海◣资?）,靜態(tài)輸入、輸出電位均為零。,集成運(yùn)放電路符號,集成運(yùn)放電路組成,由于實際電路較復(fù)雜 ，因此讀圖時，應(yīng)根據(jù)電路組成，把整個電路劃分成若干基本單元進(jìn)行分析。,F007集成運(yùn)放內(nèi)部電路,輸入級組成： 由T1、T3和T2、T4組成的共

11、集共基組合電路構(gòu)成雙入單出差放。 T5、T6、T7組成的改進(jìn)型鏡像電流源作T4管的有源負(fù)載。 T8、T9組成的鏡像電流源代替差放的公共射極電阻REE。 輸入級特點： 改進(jìn)型差放具有共模抑制比高、輸入電阻大、輸入失調(diào)小等特點，是集成運(yùn)放中最關(guān)鍵的一部分電路。,中間級組成： T17構(gòu)成共發(fā)放大器。 T13B、T12組成的鏡像電流源作有源負(fù)載，代替集電極電阻RC。 電路特點： 中間級是提供增益的主體，采用有源負(fù)載后，電壓增益很高。 隔離級 ： T16管構(gòu)成的射隨器作為隔離級 ，利用其高輸入阻抗的特點，提高輸入級放大倍數(shù)。,輸出級組成： T14與T20組成甲乙類互補(bǔ)對稱放大器。該放大器采用兩個射隨器組

12、合而成。 電路特點： 輸出電壓大，輸出電阻小，帶負(fù)載能力強(qiáng)。過載保護(hù)電路 ： T15、R6保護(hù)T14管，T21、T22、T24、R7保護(hù)T20管。 正常情況保護(hù)電路不工作，只有過載時，保護(hù)電路才啟動。,隔離級 ： T23A管構(gòu)成的有源負(fù)載射隨器作為隔離級，可提高中間級電壓增益。 T13A與T12組成的鏡像電流源作有源負(fù)載，代替T23A的發(fā)射極電阻RE。,偏置電路： 偏置電路一般包含在各級電路中，采用多路偏置的形式。 T10、T11構(gòu)成微電流源，作為整個集成運(yùn)放的主偏置。,電平位移電路 ： 輸入級共集共基組合電路中，采用極性相反的NPN與PNP管進(jìn)行電平位移。不專門另設(shè)電平位移電路。,將上述單元

13、電路功能綜合起來可見，F(xiàn)007是實現(xiàn)高增益放大功能的一種集成器件。 它具有高Ri、低Ro、高Av、高KCMR 、低失調(diào)、零輸入時零輸出等特點，是一種較理想的電壓放大器件。,4.7 放大器的頻率響應(yīng),從系統(tǒng)的觀點看，小信號放大器為線性時不變系統(tǒng)。,傳遞函數(shù)和極零點,4.7.1 復(fù)頻域分析法,在初始條件為零時，定義系統(tǒng)的傳遞函數(shù)：,(m n),式中：標(biāo)尺因子 H0=bm/an ， Z為零點，p為極點。,差動放大級,反饋級,偏置電路,共射放大級,UBE 倍增 電路,恒流源 負(fù)載,準(zhǔn)互補(bǔ)功放級,保險管,負(fù)載,實用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：,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

14、= 8 ,則最大輸出功率為：,實際輸出功率約為 20W。,9.4 集成功率放大器,特點：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,集成功放 LM384管腳說明:,14 - 電源端（ 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）,1 - 接旁路電容（5 ）,9、13 - 空腳（NC）,集成功放 LM384 外部電路典型

15、接法：,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,輸出耦合大電容,利用變壓器的阻抗變換功能，可實現(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,根據(jù)公式,得電源電壓：,90V的電壓對電子電路顯然不合適。,利用變壓器阻抗變換關(guān)系( RL= K2 RL)，把阻抗變小，便可解決以上問題。,9.5 變壓器耦合式功放電路,（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。,二、乙類變壓器耦合式推挽功率放大器,1.原理電路,放大器：由兩個共射極放大器組成，兩個三極管的射極接在一起。,輸入變壓器：將輸入信號分成兩個大小相等相位相反的信號，分別送兩個放大器的基極，使 T1、T2 輪流導(dǎo)通。,輸出變壓器：將兩個集電極輸出信號合為一個信號，耦合到副邊輸出給負(fù)載。,2. 動、靜態(tài)分析,靜態(tài)分析：,ui = 0 ， T1、T2 均截止，iL = 0 。,變壓器線圈對于直流相當(dāng)于短路。,動態(tài)分析：,u