最大输出功率和效率的计算赣南师范学院.pptx

第九章功率放大电路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第九章 功率放大电路功率放大电路9.1功率放大电路概述功率放大电路概述9.2互补功率放大电路互补功率放大电路9.3功率放大电路的安全运行功率放大电路的安全运行9.4集成功率放大电路集成功率放大电路第第三三版版童童诗诗白白第第三三版版童童诗诗白白本章重点和考点：本章重点和考点：1.重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率重点掌握功放的最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。和效率的计算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章教学时数：本章教学时数：4学时学时第第三三版版童童诗诗白白本章讨论的问题：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？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？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？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互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？第第三三版版童童诗诗白白本章讨论的问题：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，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？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，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？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？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？如何选择？第九章功率放大电路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9.1功率放大电路概述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功率放大电路，简称，简称功放功放。功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯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。情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大大，三极管极限工作三极管极限工作 =Pomax/PV 要高要高失真要小失真要小第九章功率放大电路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9.1.1功率放大电路的特点功率放大电路的特点一、主要技术指标一、主要技术指标1.最大输出功率最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是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，表达式为交流功率，表达式为PoIoUo。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能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获得的最大交流功率2.转换效率转换效率 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。比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。3.最大输出电压最大输出电压Uom第九章功率放大电路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二、功率放大电路中的晶体管二、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。晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散散热条件热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管管压降最大时接近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晶体管耗散功率最大时接近PCM三、功率放大电路的分析方法三、功率放大电路的分析方法采用图解法采用图解法第九章功率放大电路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9.1.2功率放大电路的组成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一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路图图9.1.1 (a)共射放大电路共射放大电路图图9.1.1输出功率和效率的图解分析输出功率和效率的图解分析直流电源提供的直流功率为直流电源提供的直流功率为ICQ VCC即图中矩形即图中矩形ABCO的面积。的面积。集电极电阻集电极电阻RC的功率损耗为的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形即图中矩形QBCD的面积。的面积。晶体管集电极耗散功率为晶体管集电极耗散功率为ICQ UCEQ即图中矩形即图中矩形AQDO的面积。的面积。1.无输入信号作用时无输入信号作用时第九章功率放大电路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图图9.1.1输出功率和效率的图解分析输出功率和效率的图解分析2.在输入信号为正弦波时，在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波若集电极电流也为正弦波直流电源提供的直流功率不变直流电源提供的直流功率不变负载电阻负载电阻RL上所获得的功率上所获得的功率PO仅为仅为P/Om的一部分。的一部分。R/L(=RC/RL)上获得的最大上获得的最大交流功率交流功率P/Om为为即图中三角形即图中三角形QDE的面积的面积共射放大电路输出功率小，效率低共射放大电路输出功率小，效率低（25），不宜作功放。，不宜作功放。第九章功率放大电路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二、变压器耦合功率放大电路二、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传统的功放为变压器耦合式电路电源提供的功率为电源提供的功率为PVICQ VCC，全部消耗在管子上。，全部消耗在管子上。则可作出交流负载线则可作出交流负载线RL等效到原边的电阻为等效到原边的电阻为变压器原边线圈电阻变压器原边线圈电阻可忽略不计，直流负可忽略不计，直流负载线载线 垂直于横轴且过垂直于横轴且过(VCC，0)。第九章功率放大电路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在理想变压器的情况下，最大输出功率为在理想变压器的情况下，最大输出功率为即三角形即三角形QAB的面积的面积在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波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直流电源提供的功率不变电路的最大效率为电路的最大效率为:Pom/PV=50 第九章功率放大电路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实用的变压器功率放大电路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。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变压器耦合乙类推挽功率放大电路图图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路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同类型管子在电路中交替导通的方式称为替导通的方式称为“推推挽挽”工作方式。工作方式。无输入信号，二管截止无输入信号，二管截止有输入信号，二管交替有输入信号，二管交替导通导通第九章功率放大电路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的分类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在信号整个周期内导通情况分类甲类甲类(=2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(=)tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(0时时，T1和和T4导通，导通，T2和和T3 截止，负载上获得正截止，负载上获得正半周电压；半周电压；当当 ui 0 T1 导通导通 T2 截止截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui 0 T2 导通导通 T1 截止截止iC1io=iE2=iC2,uO=iC2RLui=0 T1、T2 截止截止9.2互补功率放大电路互补功率放大电路目前使用最广泛的功放是目前使用最广泛的功放是OTL电路和电路和OCL电路电路若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真交越失真。动画动画avi17-3.avi第九章功率放大电路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二、消除交越失真的二、消除交越失真的OCL电路的工作原理电路的工作原理 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：消除交越失真思路：图9.2.2消除交越失真的消除交越失真的OCL电路电路RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1uiR R3 3ui=0，给给 T1、T2 提供静态电压提供静态电压UB1、B2UD1UD2UR2U UB1B1、B2B2略大于略大于T T1 1管发射结和管发射结和T T2 2管发射结开启电压之和，两管均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，分别为处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为I IB1B1和和I IB2B2 。静态时应调节静态时应调节R R R R1 1 1 1 ，使，使U U U UE E E E为为0,0,即即u u u u0 0 0 0为为0 0。动画动画avi17-2.avi第九章功率放大电路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当当 ui=0 时，时，T1、T2 微导通。微导通。当当 ui 0(至至 )，T1 微导通微导通 充分充分导通导通 微导通；微导通；T2 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。当当 ui 0(至至 )，T2 微导通微导通 充分导通充分导通 微导通；微导通；T1 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。当输入信号为正弦交流电时当输入信号为正弦交流电时图图9.2.3 T1和和T2 管在管在ui作用下输入作用下输入特性中的图解分析特性中的图解分析二管导通的时间都比输入信号的二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在半个周期更长，功放电路工作在甲乙类状态。甲乙类状态。第九章功率放大电路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9.2.2OCL电路的输出功率及效率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当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析图图9.2.4OCL电路的图解分析电路的图解分析图中图中I区为区为T1管的输出特性，管的输出特性，II区为区为T2管的输出特性；管的输出特性；二只管子的静态电流很小，二只管子的静态电流很小，可认为可认为Q点在横轴上。点在横轴上。Uop=VCC UCES最大输出电压幅值最大输出电压幅值最大不失真输出电压的有效值最大不失真输出电压的有效值动画动画avi17-1.avi第九章功率放大电路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最大输出功率最大输出功率电源电源VCC提供的电流提供的电流电源在负载获得最大交流功率时所消耗的电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等平均功率等于其平均电流与电源电压之积。于其平均电流与电源电压之积。转换效率转换效率理想情况下，理想情况下，UCES可忽略；但大功率管可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略较大，不能忽略第九章功率放大电路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复习：复习：1.功放电路的性能指标：功放电路的性能指标：最大输出电压、最大输出功率和效率最大输出电压、最大输出功率和效率 2.功放电路的分类：功放电路的分类：甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类 变压器耦合、变压器耦合、OTL、OCL和和BTL3.OCL功放的性能指标：功放的性能指标：Uop=VCC UCES第九章功率放大电路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9.2.3OCL电路中晶体管的选择电路中晶体管的选择一、最大管压降一、最大管压降UCEmax=2VCC 二、集电极最大电流二、集电极最大电流三、集电极最大功耗三、集电极最大功耗如何求如何求PT的最大功率？的最大功率？RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1uiR R3 3第九章功率放大电路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晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。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，应使极限参数在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数BUCEO2VCCICMVCC/RLPCM0.2Pom 第九章功率放大电路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例例9.2.1在图在图9.2.2所示电路中已知所示电路中已知VCC 15V，输入电压，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数，电压放大倍数约为约为1，负载电阻，负载电阻RL 4欧，欧，（1）求解负载上可能获得的最大功）求解负载上可能获得的最大功率和效率率和效率（2）若输入电压最大有效值为）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。则负载上能够获得的最大功率为多少。解解（1）（2）因为）因为UOUi，所以，所以UOm8V。最大输出功率。最大输出功率RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5R R2 2R R1 1uiR R3 3第九章功率放大电路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9.4集成功率放大电路集成功率放大电路OTL、OCL和和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号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。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。小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。典型运用。第九章功率放大电路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一、一、LM386内部电路内部电路图图9.4.1LM386内部电路原理图内部电路原理图第一级差分放大电路第一级差分放大电路（双入单出）（双入单出）第二级共射放大电路第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）（恒流源作有源负载）第三级第三级OTL功放电路功放电路输出端应外接输出电输出端应外接输出电容后再接负载。容后再接负载。电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。第九章功率放大电路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二、二、LM386的电压放大倍数的电压放大倍数1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时Uf=UR5+UR6Ui/2 2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时第九章功率放大电路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3.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节，调节范围为调节范围为20200。三、三、LM386引脚图引脚图图图9.4.2LM386的外形和引脚的外形和引脚9.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）集成功率放大电路的主要性能指标（略）第九章功率放大电路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9.4.3集成功率放大电路的应用集成功率放大电路的应用一、集成一、集成OTL电路的应用电路的应用1.LM386外接元件最少的用法外接元件最少的用法静态时输出电容上电压为静态时输出电容上电压为VCC/2最大不失真输出电压的峰最大不失真输出电压的峰峰值为电源电压峰值为电源电压VCC 最大输出功率为最大输出功率为输入电压有效值输入电压有效值第九章功率放大电路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2.LM386电压增益电压增益最大的用法最大的用法3.LM386的一般用法的一般用法图图9.4.4 LM386电压增益最大的用法电压增益最大的用法图图9.4.5 LM386的一般用法的一般用法引脚引脚1和引脚和引脚8接接10uF电解电容器，电解电容器，1和和8之之间交流短路。间交流短路。引脚引脚1和引脚和引脚5接电阻，接电阻，也可改变电压放大倍也可改变电压放大倍数。数。第九章功率放大电路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二、集成二、集成OCL电路的应用电路的应用TDA1521的基本接法的基本接法TDA1521为为2通道通道OCL电路，可作为立体声电路，可作为立体声扩音机左、右两个声扩音机左、右两个声道的功放。道的功放。最大输出功率最大输出功率Pom12W最大不失真输出电压最大不失真输出电压Uom 9.8V第九章功率放大电路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三、集成三、集成BTL电路的应用电路的应用TDA1556为为2通道通道BTL电路。可作为立体声扩音机电路。可作为立体声扩音机左，右两个声道的功放。左，右两个声道的功放。TDA1556的的基本接法基本接法