功率放大器--《模拟电子技术》省公开课金奖全国赛课一等奖微课获奖课件.pptx

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,电子技术,第八章,功率放大器,模拟电路部分,1,1/51,第八章 功率放大器,8.1 概述,8.2 互补对称功率放大电路,8.3 实际功放电路,8.4 集成功率放大器,8.5 变压器耦合式功放电路,2,2/51,例1：,扩音系统,执行机构,功率放大器作用：,用作放大电路,输出级,，以,驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。,功率放大,电压放大,信号提取,8.1 概述,3,3/51,例2：,温度控制,R,1,-,R,3,:,标准电阻,U,a,:基准电压,R,t,:热敏电阻,A,：电压放大器,R,t,T,U,O,室温T,温度调整,过程,U,b,U,O,1,u,o,R,1,a,R,2,U,sc,+,R,3,R,t,功 放,b,温控室,A,+,-,u,o,1,加热元件,4,4/51,分析功放电路应注意问题,(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超出晶体管极限值:,I,CM,、,U,CEM,、,P,CM,。,I,CM,P,CM,U,CEM,I,c,u,ce,5,5/51,(2)电流、电压信号比较大，必须注意预防波形失真。,(3)电源提供能量尽可能地转换给负载，以降低晶体管及线路上损失。即注意提升电路效率（,）。,P,omax,:,负载上得到交流信号功率。,P,E,：电源提供直流功率。,6,6/51,射极输出器输出电阻低，带负载能力强，但做功放不适合。为何,？,解释以下：,问题讨论,R,b,u,o,U,SC,u,i,i,b,R,E,射极输出器能否做功率放大,？,7,7/51,R,b,u,o,U,SC,u,i,R,E,射极输出器效率估算：,(设,R,L,=,R,E,),u,o,t,u,o,i,b,Q,i,c,u,ce,U,SC,8,8/51,若忽略晶体管饱和压降和截止区，输出信号,u,o,峰值最大只能为：,u,o,取值范围,Q,i,c,u,CE,U,SC,直流负载线,交流负载线,U,CEQ,=0.5,U,SC,静态工作点：,为得到较大输出信号，假设将射极输出器静态工作点（Q）设置在负载线中部，令信号波形正负半周均不失真，以下列图所表示。,9,9/51,放大电路输出没有失真工作方式称为,甲类放大,。,1.直流电源输出功率,2.最大负载功率,3.最大效率,(,R,L,=,R,E,时),10,10/51,怎样处理效率低问题？,方法：,降低Q点。,既降低Q点又不会引发截止失真方法：,采取,推挽输出电路，,或,互补对称射极输出器。,缺点：,但又会引发截止失真。,11,11/51,互补对称功放类型,无输出变压器形式,（OTL电路）,无输出电容形式,（OCL电路）,OTL:Output TransformerLess,OCL:Output CapacitorLess,互补对称：,电路中采取两支晶体管，NPN、,PNP各一支；两管特征一致。,类型：,8.2 互补对称功率放大电路,12,12/51,8.2.1 无输出电容互补对称功放电路,（OCL电路）,一、工作原理（设,u,i,为正弦波）,电路结构特点：,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,1.由NPN型、PNP型三极管组成两个对称射极输出器对接而成。,2.双电源供电。,3.输入输出端不加隔直电容。,13,13/51,i,c,1,i,c,2,动态分析：,u,i,0V,T,1,截止，,T,2,导通,u,i,0V,T,1,导通，,T,2,截止,i,L,=,i,c,1,;,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,i,L,=,i,c,2,T,1,、,T,2,两个晶体管都只在半个周期内工作方式，称为,乙类放大,。,所以，不需要隔直电容。,静态分析：,u,i,=0V,T,1,、,T,2,均不工作,u,o,=0V,14,14/51,乙类放大输入输出波形关系:,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,死区电压,u,i,u,o,u,o,u,o,t,t,t,t,交越失真：,输入信号,u,i,在过零前后，输出信号出现失真便为交越失真。,交越失真,15,15/51,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,(1)静态电流,I,CQ,、,I,BQ,等于零；,(2)每管导通时间等于半个周期；,(3)存在交越失真。,乙类放大特点：,16,16/51,二、最大输出功率及效率计算,假设,u,i,为正弦波且幅度足够大，,T,1,、,T,2,导通时均能饱和，此时输出到达最大值。,U,L,max,负载上得到最大功率为：,i,L,-,U,SC,R,L,u,i,T,1,T,2,U,L,+,U,SC,若忽略晶体管饱和压降，,则负载（,R,L,)上电压和电流最大幅值分别为：,17,17/51,电源提供直流平均功率计算：,每个电源,中电流为,半个,正弦波，其平均值为:,两个电源提供总功率为：,U,SC,1,=,U,SC,2,=,U,SC,t,i,c,1,18,18/51,效率为：,结论：,OCL,电路效率较高；,电流、电压波形存在失真。,19,19/51,三、电路改进,1.克服交越失真,交越失真产生原因：,在于晶体管特征存在非线性，,u,i,I,B,，则,24,24/51,3.电路中增加复合管,增加复合管目标是：,扩大电流驱动能力。,复合管组成方式：,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,b,e,c,i,b,i,c,方式一：,25,25/51,b,e,c,i,b,i,c,1,2,晶体管类型由复合管中第一支管子决定。,方式二：,c,b,e,T,1,T,2,i,b,i,c,复合管组成方式很多。不论哪种等效方式，等效,后晶体管性能确定均以下：,26,26/51,c,e,b,T,1,i,b,T,1,27,27/51,改进后OCL准互补输出功放电路：,T,1,：,电压推进级,T,1,、,R,1,、,R,2,：,U,BE,倍增电路,T,3,、,T,4,、,T,5,、,T,6,：,复合管组成输出级,准互补,输出级中,T,4,、,T,6,均为NPN型晶体管，二者特征轻易对称。,+,U,SC,-,U,SC,R,1,R,2,R,L,u,i,T,1,T,2,T,3,T,4,T,5,T,6,28,28/51,-,U,EE,+,U,CC,E,R,C,T,1,R,C,T,2,T,5,T,6,R,C,3,R,E,2,R,C,4,R,E,3,T,7,T,9,T,8,R,E,4,R,E,5,T,11,T,10,R,L,第4级：互补对称射极跟随器,差动放大器,第2级,第1级：,差动放大器,第3级：,单管放大器,集成运放内部功率放大输出级,29,29/51,8.2.2 无输出变压器互补对称功放电路,（OTL电路）,一、特点,1.单电源供电；,2.输出加有大电容。,二、静态分析,则,T,1,、,T,2,特征对称，,令：,0.,5U,SC,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,U,C,30,30/51,三、动态分析,设输入端在 0.5,U,SC,直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大，,U,C,基本保持在0.5,U,SC,，负载上得到交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,i,c,1,i,c,2,交越失真,R,L,u,i,T,1,T,2,+,U,SC,C,A,U,L,+,-,时，,T,1,导通、,T,2,截止；,时，,T,1,截止、,T,2,导通。,0.5,U,SC,u,i,t,31,31/51,四、输出功率及效率,若忽略交越失真影响，且,u,i,幅度足够大。则：,u,L,U,Lmax,u,i,t,t,32,32/51,实用OTL互补输出功放电路,调整,R,使静态,U,AQ,=0.5,U,SC,D,1,、,D,2,使b,1,和b,2,之间电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,R,e,1,、,R,e,2,：电阻值12,，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,D,1,D,2,u,i,+,U,SC,R,L,T,1,T,2,T,3,C,R,B,R,e,1,R,e,2,b,1,b,2,A,33,33/51,这里介绍一个实用OCL准互补功放电路。其中主要步骤有：,(1)恒流源式差动放大输入级（,T,1,、,T,2,、,T,3,）；,(2)偏置电路（,R,1,、,D,1,、,D,2,）；,(3)恒流源负载（,T,5,）；,(4)OCL准互补功放输出级（,T,7,、,T,8,、,T,9,、,T,10,）；,(5)负反馈电路（,R,f,、,C,1,、,R,b,2,组成交流电压串联负反馈）；,(6)共射放大级（,T,4,）；,(7)校正步骤（,C,5,、,R,4,）；,(8),U,BE,倍增电路（,T,6,、,R,2,、,R,3,）；,(9)调整,输出级工作点元件（,R,e,7,、,R,c,8,、,R,e,9,、,R,e,10,）。,8.3 实际功放电路,34,34/51,+24V,u,i,R,L,T,7,T,8,R,C,8,-24V,R,2,R,3,T,6,R,c,1,T,1,T,2,R,b,1,R,b,2,C,1,R,f,R,1,D,1,D,2,T,3,R,e,3,T,4,R,e,4,C,2,T,5,R,e,5,C,3,C,4,T,9,T,10,R,e,10,R,e,7,R,e,9,C,5,R,4,BX,差动放大级,反馈级,偏置电路,共射放大级,U,BE,倍增,电路,恒流源,负载,准互补功放级,保险管,负载,实用OCL准互补功放电路：,35,35/51,输出功率估算：,输出电压最大值约为 19.7V，设负载,R,L,=8,则最大输出功率为：,实际输出功率约为 20W。,注：,该实用功放电路详细分析计算请参考模拟电子技术基础（童诗白主编）。,36,36/51,特点：,工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定功率。,集成功放LM384：,生产厂家：,美国半导体器件企业,电路形式：,OTL,输出功率：,8,负载上可得到5W功率,电源电压：,最大为28V,8.4 集成功率放大器,37,37/51,集成功放 LM384管脚说明:,14,-,电源端（,V,cc,）,3、4、5、7-,接地端（GND）,10、11、12-,接地端（GND）,2、6-,输入端,（普通2脚接地）,8-,输出端,（经500,电容接负载）,),1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,1-,接旁路电容（5,）,9、13-,空脚（NC）,38,38/51,集成功放 LM384 外部电路经典接法：,500,-,+,0.1,2.7,8,14,6,2,1,5,V,cc,u,i,8,调整音量,电源滤波电容,外接旁路电容,低通滤波,去除高频噪声,输入信号,输出耦合大电容,39,39/51,利用变压器阻抗变换功效，可实现功放电路和负载间匹配，以填补其它类型功放电路不足。,一、特点,例：,OCL电路中,，,若,R,L,=80,、,需要输出功率,P,O,=50W。,依据公式,需电源电压：,90V电压,对电子电路显然不适当。,8.5 变压器耦合式功放电路,利用变压器阻抗变换关系（,R,L,=,K,2,R,L,），,经过改变变压器匝数比,K,，,使电路得到适当负载，便可处理以上问题。,40,40/51,（变阻抗）,变压器原、副边阻抗关系,从原边等效：,结论：,变压器原边等效负载，为副边所带负载乘以变比平方。,41,41/51,二、乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,放大器：,由两个共射极放大器组成，两个三极管射极接在一起。,42,42/51,输入变压器：,将输入信号分成两个大小相等信号，分别送两个放大器基极，使,T,1,、,T,2,轮番导通。,输出变压器：,将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,43,43/51,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,2.动、静态分析,静态分析：,u,i,=0，,T,1,、,T,2,均截止，,i,L,=0。,变压器线圈对于直流相当于短路。,44,44/51,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,动态分析：,u,i,0 时：,T,1,导通、,T,2,截止，,i,c,1,经变压器耦合给负载，,i,L,方向由,i,c,1,与变压器绕向决定。,若,u,i,为正弦信号，则,i,L,近似为正弦波。,u,i,0 时：,T,2,导通、,T,1,截止，,i,c,2,经变压器耦合给负载，,i,L,方向由,i,c,2,与变压器绕向决定。,i,c,2,i,c,1,T,1,、,T,2,都只在半个周期内工作，存在,交越失真,。,45,45/51,3.输出功率及效率,分析方法和前述互补对称功放电路类似，请自行分析。这里负载为变压器原边等效负载,R,L,。,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,46,46/51,u,i,-,U,SC,T,1,T,2,u,o,+,U,SC,R,L,i,L,u,i,T,2,T,1,R,L,+,-,U,SC,i,L,N,2,N,1,N,1,T,2,T,1,+,-,U,SC,N,1,N,1,+,-,R,L,R,L,47,47/51,三、甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,R,b,1,、,R,b,2,、,R,e,作用：,克服交越失真。,U,SC,T,1,T,2,R,L,i,L,u,i,R,e,R,b,2,R,b,1,48,48/51,u,i,+,U,SC,T,1,T,2,R,L,T,3,C,R,B,R,e,1,R,e,2,b,1,b,2,A,49,49/51,?,功率放大电路与电压放大电路有什么不一样?,?,功放电路种类?,甲类、乙类、甲乙类,推挽放大、互补对称、准互补对称、,BE扩大电路,OTL、OCL、,乙类变压器耦合式推挽功率放大器,甲乙类变压器耦合式推挽功率放大器,50,50/51,第八章,结束,电子技术,模拟电路部分,51,51/51,