1、模塊五 低頻功率放大,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)構(gòu)、原理、特點,任務(wù)2 功率放大器的制作,功率放大器的作用： 用于放大電路的輸出級，向負載提供足夠大的功率。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。,例： 擴音系統(tǒng),聲 音 信 號,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（一） 分類,根據(jù)正弦信號在整個周期內(nèi)的導通情況，三極管可分為以下幾種工作狀態(tài)：,甲類：信號在一個周期內(nèi) 均導通,導通角等于180(導通角定義信號為在一個周期內(nèi)導通相角的一半),乙類：導通角等于180,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（二） 特點,（1）輸出功率Po大,功率放大器是為負載提

2、供驅(qū)動信號的,因此要有足夠的輸出功率。當輸入某一頻率的正弦波信號，則,或,上式中，Uo 、Uom 、Io、I om分別是負載上的正弦信號的電壓及電流的有效值和幅值。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（2）電路的效率 要高,Po : 負載上得到的信號功率。 PE ： 電源提供的直流功率。,return,功率放大器所消耗的能量占電子整機設(shè)備能量消耗的大部分，除向負載提供能量外，自身還要消耗一定能量，而這部分能量將以發(fā)熱的形式表現(xiàn)出來。功放管的發(fā)熱將給放大器帶來不利影響，須加散熱裝置降低功放管的溫度，以防過熱燒毀功放管。從節(jié)約能耗和降低管溫兩方面考慮，要求功率放大器的效率要高

3、功率放大器的效率定義為：,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（3）非線性失真要小,功率放大器直接面對負載，任何失真都將傳給負載。另外，功率放大器工作在大動態(tài)范圍下，功放管的非線性將帶來失真。因此，功率放大器應盡量減小非線性失真,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（2）改善器件的散熱條件,（1）提高電源電壓,因直流電源提供的功率有一部分消耗在放大器上，造成功放管的發(fā)熱，必須采用散熱或冷卻的措施，才能保證功放管在大功率狀態(tài)下長期安全可靠地工作。,（三） 提高Po的方法,return,因為,要想提高輸出功率，就必須加大Uo和Io。從三極管輸出特性曲線中可見，要

4、提高Uo、Io，就必須提高電源電壓。,uCE,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,功放電路中電流、電壓要求都比較大，實際應用中必須注意電路參不能超過晶體管的極限值即：,Icm ICM,UCE UCEM,PcmPCM,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（四） 提高 的方法,1、改變功率管的工作狀態(tài),2、選擇最佳負載,功率放大器在靜態(tài)下的功耗是無效功耗。因此，將靜態(tài)工作點Q下移，使電路工作在乙類工作狀態(tài)。功放管靜態(tài)電流幾乎為零，直流電源功率為零。當信號逐漸增大時，電源提供的直流功率逐漸增大，輸出信號逐漸增大，從而提高了功率管的效率。但由于電路的導通角不足180

5、，使輸出電壓波形出現(xiàn)失真。,當負載不同時，放大器的輸出功率是不同的，只有在最佳負載情況下，才能獲得最大功率輸出。當電源UCC確定后，過UCC點做Pcm線的切線，該切線對應的負載，即為最佳負載。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,(一) OCL電路(Output Capacitorless),OCL電路是雙電源互補對稱電路。,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。,ui,-VCC,T1,T2,uo,+UCC,RL,iL,PNP型,1、電路組成：,一、乙類功放,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,一、互補

6、對稱功率放大電路,2、 工作原理（設(shè)ui為正弦波）,1）靜態(tài)時：,ui = 0V ic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)） uo = 0V,2）動態(tài)時：,ui 0V,T1截止，T2導通,ui 0V,T1導通，T2截止,iL= ic1 ;,ui,-UCC,T1,T2,uo,+UCC,RL,iL,iL=ic2,注意：T1、T2兩個晶體管都只在半個周期內(nèi)工作。,ic1,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,3）輸入、輸出波形圖,T1導通,T2導通,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,4）組合特性分析圖解法,負載上的最大不失真電壓:Uom=UCC- UCES,任 務(wù),1,

7、任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,1）最大不失真輸出功率Pomax,3、分析計算,稱為電源利用系數(shù)。,當=1時，,實際輸出功率Po:,最大不失真輸出功率Pomax:,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,2）電源供給的功率PE,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,3）效率,4）管耗PT,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,思考：Uom=？ PT1最大, PT1max=？,將PT1對Uom求導得出： PT1max發(fā)生在Uom=0.64UCC處。 將Uom=0.64UCC代入PT1表達式：,單管的最大管耗PT1max,任 務(wù),1,任務(wù)1

8、功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,5）選管條件,（1） PCM PT1max =0.2Pom,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,A,存在交越失真,OCL電路,4、乙類互補對稱功放的缺點,由于實際電路中功放管存在門限電壓，這將導致信號電壓小于門限電壓時，因三極管截止而出現(xiàn)失真，這種失真稱為交越失真。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,(1) 靜態(tài)電流 ICQ、IBQ等于零； (2) 每管導通時間為半個周期 ； (3) 存在交越失真。,5、乙類功率放大電路的特點：,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,靜態(tài)時: T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為

9、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(shè) 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,1.基本原理,二、甲乙類雙電源互補對稱功率放大電路,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,波形關(guān)系：,特點：存在較小的靜態(tài)電流 ICQ 、IBQ 。每管導通時間大于半個周期，基本不失真。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,2.電路中增加復合管,增加復合管的目的：擴大三極管的值。, 1

10、2,晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。,復合NPN型,復合PNP型,return,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（二） OTL電路(單電源互補對稱電路),1、基本原理,. 單電源供電；,. 輸出加有大電容C。,（1）靜態(tài)分析,因為 T1、T2 特性對稱，,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（2）動態(tài)分析,若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱，但存在交越失真。,（電容相當于電源）,時，T1導通、T2截止；,設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,

11、（3）輸出功率及效率,OTL電路除電容C充當一組電源外，其工作過程與OCL電路相同。功率、效率的計算也相同，只是將公式中的UCC改為1/2 UCC即可。若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,（1） 靜態(tài)偏置,（2）動態(tài)工作情況,調(diào)整R1、R2阻值的大小，可使,此時電容上電壓,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、改進電路克服交越失真,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,3.改進電路帶自舉電路的單電源功放,靜態(tài)時,C3充電后，其兩端為固定電壓UCC/2,動態(tài)時,由于C3很大

12、，兩端電壓基本不變，使D點電位隨輸出電壓升高而升高。保證輸出幅度達到UCC/2。,return,任 務(wù),1,一個實用的OCL準互補功放電路。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) 恒流源負載（T5）； (4) OCL準互補功放輸出級（T7、T8、T9、 T10）； (5) 負反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反饋）； (6) 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）。,（三）實

13、際功率放大電路,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,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 負載,準互補功放級,保險管,負載,實用的OCL準互補功放電路：,(一)BTL功率放大電路,靜態(tài)時：,Uo1=Uo2=UCC/2,Uo=0,三 其他功率放大器,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,動態(tài)時：,1、ui為正半周時，,T1、T4導通，T3、T2截止，電流ic1由T1向右流過RL、T4。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,2、ui為負半周時,ic2,T1、T4截止，T3、T2導通，電流ic2自T3向左流過RL、 T2 。,輸出電壓 uo=uo1-uo2=2 uo1,BTL電路的輸出電壓是OTL、OCL電路的2倍。,任 務(wù),1,任務(wù)1 功率放大電路的結(jié)結(jié)構(gòu)、原理、特點,集成功放 LM384管腳說明:,14 - 電源端（ U cc）,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 電容接負載）,1 - 接旁路電容（5 ）,9、13