模拟电路第十一章功率放大电路.ppt

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,*,第九章功率放大电路,赣南,师范学院物电学院电工电子教研室模拟电路多媒体课件,功率放大电路,第九章,第九章,功率放大电路,9.1,功率放大电路,概述,9.2,互补功率放大电路,9.3,功率放大电路,的,安全运行,9.4,集成功率放大,电路,第四版童诗白,第四版童诗白,本章重点和考点：,1.,掌握功放的最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。,2.,重点掌握集成功放的使用。,本章教学时数：,4,学时,9.1,功率放大电路,概述,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为,功率放大电路,，简称,功放,。,功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。,功放,电路的要求：,P,omax,大,，,三极管极限工作,=,P,omax,/,P,V,要高,失真要小,9.1.1,功率放大电路的特点,一、主要技术指标,1.,最大输出功率,P,om,功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为,P,o,I,o,U,o,。,最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率,2.,转换效率,功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。,直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积,。,3.,最大输出电压,U,om,二、功率放大电路中的晶体管,在,功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。,选择功放管时,，要注意极限参数的选择，还要注意其,散热条件,，使用时必须安装合适的散热片和,各种保护措施,。,晶体管集电极电流最大时接近,I,CM,晶体管管压降最大时接近,U,（,BR,）,CEO,晶体管耗散功率最大时接近,P,CM,三、功率放大电路的分析方法,采用图解法,(,晶体管的输出特性曲线,),9.1.2,功率放大电路的组成,一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路,图,9.1.1 (a),共射放大电路,图,9.1.1,输出功率和效率的图解分析,直流电源提供的直流功率为,I,CQ,V,CC即图中矩形,ABCO,的面积。,集电极电阻,R,C,的功率损耗为,I,2,CQ,R,C,即图中矩形,QBCD,的面积。,晶体管集电极耗散功率为,I,CQ,U,CEQ,即图中矩形,AQDO,的面积。,1.,无输入信号作用时,无输入信号时,输出功率等于零。,图,9.1.1,输出功率和效率的图解分析,2.,在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波,直流电源提供的直流功率不变,负载电阻,R,L,上所获得的功率,P,O,仅为,P,/,Om,的一部分。,R,/,L,(=R,C,/R,L,),上获得的最大交流功率,P,/,Om,为,即图中三角形,QDE,的面积,共射放大电路输出功率小，效率低,（,25不宜作功放。,二、变压器耦合功率放大电路,传统的功放为变压器耦合式电路,电源提供的功率为,P,V,I,CQ,V,CC,，,全部消耗在管子上。,则可,作出交流负载线,R,L,等效到原边的电阻为,变压器原边线圈电阻可忽略不计，直流负载线 垂直于横轴且过,(,V,CC,，,0),。,在,理想变压器的情况下，最大输出功率为,即,三角形,QAB,的面积,在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波,直流电源提供的功率不变,P,V,=I,CQ,V,CC,电路的最大效率为,:,P,om,/,P,V,=50,实用的变压器功率放大电路,希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。,变压器耦合乙类推挽功率放大电路,图,9.13(a),变压器耦合乙类推挽功率放大电路,同类型管子在电路中交替导通的方式称为“,推挽,”工作方式。,无,输入信号，二管截止,有,输入信号，二管交替导通,功率放大电路的分类,在,放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类,甲类,(,=,2,),t,i,C,O,I,cm,2,I,CQ,t,i,C,O,I,cm,2,I,CQ,乙类,(,=,),t,i,C,O,I,cm,I,CQ,2,甲乙类,(,0,时,，,T,1,和,T,4,导通，,T,2,和,T,3,截止，负载上获得正半周电压；当,u,i,0 T,1,导通,T,2,截止,i,C1,i,o,=,i,E1,=,i,C1,u,O,=,i,C1,R,L,u,i,0 T,2,导通,T,1,截止,i,C1,i,o,=,i,E2,=,i,C2,u,O,=,i,C2,R,L,u,i,=0 T,1,、,T,2,截止,9.2,互补功率放大电路,目前使用最广泛的功放是,OTL,电路和,OCL,电路,若,考虑三极管的开启电压，输出波形将产生,交越失真,。,ewb9,乙类功率放大电路,.,ewb,二、消除交越失真的,OCL,电路的工作原理,t,i,C,0,I,CQ1,I,CQ2,消除交越失真思路：,图,9.2.2,消除交越失真的,OCL,电路,R,L,R,D,1,D,2,T,1,T,2,+V,CC,+,u,i,+,u,o,V,CC,V,5,R,2,R,1,u,i,R,3,u,i,=0,，,给,T,1,、,T,2,提供静态电压,U,B1、B2,U,D1,U,D2,U,R2,U,B1,、,B2,略大于,T,1,管发射结和,T,2,管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为,I,B1,和,I,B2,。,静态时应调节,R,1,，使,U,E,为,0,即,u,0,为,0,。,当,u,i,=0,时，,T,1,、,T,2,微导通。,当,u,i,0,(,至,),，,T,1,微导通,充分,导通,微导通；,T,2,微导通,截止,微导通。,当,u,i,0,(,至,),，,T,2,微导通,充分导通,微导通；,T,1,微导通,截止,微导通。,当输入信号为正弦交流电时,图,9.2.2 T,1,和,T,2,管在,u,i,作用下输入特性中的图解分析,二管,导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在,甲乙类状态。,甲乙类状态,9.2.2,OCL,电路的输出功率及效率,当,输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析,图,9.2.3,OCL,电路的图解分析,图中,I,区为,T,1,管的输出特性，,II,区为,T,2,管的输出特性；,二只管子的静态电流很小，可认为,Q,点在横轴上。,U,op,=,V,CC,U,CES,最大输出电压幅值,最大不失真输出电压的有效值,最大输出功率,电源,V,CC,提供的电流,电源在负载获得最大交流功率时所消耗的,平均功率等于其平均电流与电源电压之积。,转换效率,理想情况下，,U,CES,可忽略；但大功率管,U,CES,较大，不能忽略,例,9.2.1,在图,9.2.2,所示电路中已知,V,CC,15V,，,输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降,U,CES,3V,，,电压放大倍数约为,1,，负载电阻,R,L,4,欧，,（,1,）求解负载上可能获得的最大功率和效率,（,2,）若输入电压最大有效值为,8V,，,则负载上能够获得的最大功率为多少。,解,（,1,）,（,2,）因为,UO,U,i,，,所以,U,Om,8V,。,最大输出功率,R,L,R,D,1,D,2,T,1,T,2,+V,CC,+,u,i,+,u,o,V,CC,V,5,R,2,R,1,u,i,R,3,9.2.3,OCL,电路中晶体管的选择,一、最大管压降,U,CEmax,=2V,CC,二、集电极最大电流,三、集电极最大功耗,如何求,P,T,的最大功率？,R,L,R,D,1,D,2,T,1,T,2,+V,CC,+,u,i,+,u,o,V,CC,V,5,R,2,R,1,u,i,R,3,晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。,在,查阅手册选择晶体管时，应使极限参数,BU,CEO,2V,CC,I,CM,V,CC,/R,L,P,CM,0.2P,om,9.4,集成功率放大电路,OTL,、,OCL,和,BTL,电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。,9.4.1,集成功率放大电路分析,LM386,是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。,本节应掌握的问题：,集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标。,集成功放,LM386,典型运用。,一、,LM386,内部电路,图,9.4.1,LM386,内部电路原理图,第一级差分放大电路（双入单出）,第二级共射放大电路（恒流源作有源负载第三级,OTL,功放电路,输出端应外接输出电容后再接负载。,电阻,R,7,从输出端连接到,T,2,的发射极形成反馈通道，并与,R,5,和,R,6,构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。,二、,LM386,的电压放大倍数,1.,当引脚,1,和,8,之间开路时,U,f,=U,R5,+U,R6,U,i,2.,当引脚,1,和,8,之间外接电阻,R,时,放大电路用电流源作为有源负载,双入单出电压放大倍数与双入双出相同,.,3.,当引脚,1,和,8,之间对交流信号相当于短路时,4.,在引脚,1,和,5,之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数,电压放大倍数可以调节，,调节范围为,20200,。,三、,LM386,引脚图,图,9.4.2,LM386,的外形和引脚,9.4.2,集成功率放大电路的主要性能指标（略）,9.4.3,集成功率放大电路的应用,一、集成,OTL,电路的应用,1.LM386,外接元件最少的用法,静态时输出电容上电压为,V,CC,/2,最大不失真输出电压的峰峰值为电源电压,V,CC,最大输出功率为,输入电压有效值,若,V,CC,=16V,A,U,=20.,2.LM386,电压增益最大的用法,3.LM386,的一般用法,图,9.4.4 LM386,电压增益最大的用法,图,9.4.5,LM386,的一般用法,引脚,1,和引脚,8,接,10uF,电解电容器，,1,和,8,之间交流短路。,引脚,1,和引脚,5,接电阻，也可改变电压放大倍数。,问题,:,以上电路各电容器的作用是什么,?,二、集成,OCL,电路的应用,TDA1521,的基本接法,TDA1521,为,2,通道,OCL,电路，可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。,最大输出功率,P,om,12W,最大不失真输出电压,U,om,9.8V,三、集成,BTL,电路的应用,TDA1556,为,2,通道,BTL,电路。可作为立体声扩音机左，右两个声道的功放。,TDA1556,的基本接法,复习,1,：,1.,功放电路的性能指标：,最大输出电压、最大输出功率和效率,2.,功放电路的分类：,甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类,变压器耦合、,OTL,、,OCL,和,BTL,3.OCL,功放的性能指标：,U,op,=,V,CC,U,CES,复习,2,：,1,集成功放电路,LM386,引脚图？其工作原理如何？,2,根据功放的需要，如何用,LM386,构成功放电路？,本章习题：,P496 9.3;,P497 9.8;9.11;,P498 9.14.,本章讨论的问题：,1.,功率放大是放大功率吗？,电压放大电路和功率放大电路有什么区别？,2.,什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？,3.,晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？晶体管的耗散功率最大时，电路的输出功率是最大吗？,4.,互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？,本章讨论的问题：,5.,在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，如何估算出最大输出功率？,6.,在已知电源电压相同且负载电阻也相同的情况下，对于不同电路形式的功放，最大输出功率都相同吗？它们与电路中晶体管的工作状态有关吗？,7.,功放管和小功率放大电路中晶体管的选择有何不同？如何选择？,