1、1,第九章 功率電路,一、 功率放大電路 （一） 概述 （二） 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 （三） 集成功率放大器 （四） 變壓器耦合式功放電路 二、 線性直流穩(wěn)壓電路 三、 開關(guān)型直流穩(wěn)壓電路,2,功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。為了獲得大的輸出功率，必須使 輸出信號(hào)電壓大； 輸出信號(hào)電流大； 放大電路的輸出電阻與負(fù)載匹配。,一、 功率放大電路,（一） 概述,3,電壓放大器與功率放大器的區(qū)別： 1. 任務(wù)不同： 電壓放大不失真地提高輸入信號(hào)的幅度，以驅(qū)動(dòng)后面的功率放大級(jí)，通常工作在小信號(hào)狀態(tài)。 功率放大信號(hào)不失真或輕度失真的條件下提高輸出功率，通常工作在大信號(hào)狀態(tài)。 2. 分析方

2、法： 電壓放大采用微變等效電路法和圖解法 功率放大圖解法,4,例：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,Rt,T,UO,室溫T,Ub,UO1,5,分析功放電路應(yīng)注意的問題,(1) 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 。,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（）。,Po : 負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。 PE ： 電源提供的直流功率。,7,常見功放的靜態(tài)工作狀態(tài),甲類,乙

3、類,甲乙類,8,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：,射極輸出器能否做功率放大？,9,射極輸出器效率的估算：,( 設(shè)RL=RE ),10,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,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。,11,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(shí)),12,如何解決效率低的問題？,辦

4、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。,13,OTL: Output TransformerLess,OCL: Output CapacitorLess,互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩只晶體管，NPN、 PNP各一只；兩管特性一致。,類型：,（二） 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路,14,1、無輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 （ OCL電路）,(1)、工作原理（設(shè)ui為正弦波）,電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：,1）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。,15,動(dòng)態(tài)分析：,ui 0V

5、,T1截止，T2導(dǎo)通,ui 0V,T1導(dǎo)通，T2截止,iL= ic1 ;,iL=ic2,T1、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,16,17,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(hào) ui在過零前后，輸出信號(hào)出現(xiàn)的失真便為交越失真。,18,1) 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) 存在交越失真。,乙類放大的特點(diǎn)：,19,(2)、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

6、。,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：,20,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 =USC,21,效率為：,結(jié)論：OCL電路效率較高； 電流、電壓波形存在失真。,22,三極管的最大功耗PTmax,可推得，當(dāng),時(shí)，有：,23,例：Pomax=2W,甲類：,PTmax=4W,大功率管,必須加散熱片,體積增大,乙類：,PTmax=0.4W,中功率管,0.1W以下小功率管,24,其選擇通常是在USC和RL確定的情況下進(jìn)行。,功率管參數(shù)的選擇：,25,(3)

7、、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(shí)晶體管截止。,26,克服交越失真的措施：,靜態(tài)時(shí) 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?均處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)。,電路中增加 R1、D1、 D2、R2支路。,27,動(dòng)態(tài)時(shí) 設(shè) ui 加入正弦信號(hào)。 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 步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通 狀態(tài)。從而克服死區(qū)電壓 的影響，去掉交越失真。,28,甲乙類放大的波形關(guān)系：,特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流 ICQ 、IBQ 。每管導(dǎo)通時(shí)間大于

8、半個(gè)周期，基本不失真。,29,為更換好地和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。以滿足不同電路克服交 越失真的需要。,圖中B1、B2分別接T1、 T2的基極。假設(shè)I IB ,則,30,3） 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：,方式一：,31, 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：,32,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

9、,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。,33,第4級(jí)：互補(bǔ)對(duì)稱射極跟隨器,第3級(jí)：?jiǎn)喂芊糯笃?集成運(yùn)放內(nèi)部的功率放大輸出級(jí),34,2、無輸出變壓器的互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 （OTL電路）,(1) 特點(diǎn),1） 單電源供電；,2） 輸出加有大電容。,(2) 靜態(tài)分析,則T1、T2 特性對(duì)稱，,令：,35,(3) 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。,時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；,36,(4) 輸出功率及效率

10、,若忽略交越失真的影響，且 ui 幅度足夠大。則：,37,實(shí)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(gè)二極管正向壓降，克服交越失真。,Re1 、Re2：電阻值1-2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用。,38,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）。,三、 實(shí)際功放電路,39,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