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1、第第9章章 功率放大器功率放大器第1页，本讲稿共35页基础运放的内部电路结构 输入级输出级中间级偏置电路输入端反相同相u-uuo负载运放符号A复习第2页，本讲稿共35页9.1 功率放大电路的特点（交流电压）（交流电压）（交流电流）交流电流）主要作用是向负载提供输出功率的放大电路,称功率放大电路，简称功放。9.1.1 功率放大电路的基本概念2.输出功率 输出功率是指交流功率。直流成份产生的功率1.功率放大电路定义交流功率=第3页，本讲稿共35页1.输出功率要足够大 设输入信号是某一频率的正弦信号,则输出功率表达式为：式中Io、Uo均为有效值。9.1.2 功率放大电路的要求代入输出功率表达公式，则
2、：2/omoUU=omo2/II=ooomUIP=omomomUIP21=如用幅值表示：；omPomIomU是最大输出功率是负载RL上的最大输出电流是负载RL上的最大输出电压可见，要提高输出功率，必须提高交流输出电压和交流输出电流。第4页，本讲稿共35页2.效率要高放大器实质上是一个能量转换器。电源供给的直流能量交流信号的能量转换效率：%100=Eom PPhh：转换效率om P:电路最大输出功率EP:电源提供的直流功率E P=VCC IC第5页，本讲稿共35页3.非线性失真要小在大信号工作状态下,三极管是非线性器件,产生非线性失真非线性失真系数非线性失真系数：谐波总量和基波成分之比。最大输出
3、功率,是在无失真的条件下讲的。第6页，本讲稿共35页9.2 提高输出功率的途径9.2.1 提高电源电压9.2.2 选大功率管9.2.3 增加散热措施9.2.4 过电流、过电压的保护措施如:低频大功率管3AD6允许最大功耗Pom 为 1W不加散热片时：加装散热片后：(120mm120 mm4 mm)Pom可达到 10 W 3AD6加装散热片第7页，本讲稿共35页9.3.1 放大器的工作状态1.分析方法 图解法。图解法。9.3 提高电路效率的途径 假设为最理想条件：假设为最理想条件：无截止区 无饱和区 交、直流负载线合一 特性曲线水平A B0 Q ICQ iC (mA)UCEQ uCE(V)ic
4、UCE(V)UCE M t 0 ICM CCV 第8页，本讲稿共35页9.3.1 放大器的工作状态2.甲类工作状态(方式)电源随时提供功率；电源随时提供功率；如图示。（1）特点:晶体管在信号的整个晶体管在信号的整个 周期内均处于导通状态；周期内均处于导通状态；当信号源为当信号源为“0”“0”时，时，所有电源功率都降在所有电源功率都降在 放大元件和电阻上；放大元件和电阻上；电路效率电路效率25%25%。i(mA)A B0 Q ICQ C UCEQ uCE(V)ic UCE(V)UCE M t 0 ICM CCV 第9页，本讲稿共35页（2）电路效率估算即为即为AMQ的面积。的面积。电源提供的直流
5、功率电源提供的直流功率 即为 0MNB的面积值,放大电路最大输出功率放大电路最大输出功率 效率效率:A B0 Q ICQ iC (mA)UCEQ uCE(V)ic UCE(V)UCE M t 0 ICM CCV MN第10页，本讲稿共35页特点:A 0 Q ICQ iC (mA)uCE(V)ic UCE(V)UCE M t 0 ICM 3.乙类工作状态(方式)如图示。Q Q 点降至最低，点降至最低，ICQ=0；晶体管仅在信号的半个晶体管仅在信号的半个 周期内处于导通状态；周期内处于导通状态；电路效率电路效率78.5%；严重失真。严重失真。特点：第11页，本讲稿共35页特点:A 0 Q iC (
6、mA)uCE(V)ic UCE(V)t 0 4.甲乙类工作状态(方式)如图示。严重失真。严重失真。特点：Q Q 点稍向上移；点稍向上移；晶体管在信号的大半个晶体管在信号的大半个 周期导通。周期导通。电路效率低于电路效率低于78.5%；介于甲、乙类之间的状态。介于甲、乙类之间的状态。第12页，本讲稿共35页5.改变放大器工作状态(方式)提高效率电路效率可达78.5%；使放大器工作于使放大器工作于乙类状态乙类状态 使放大器工作于甲使放大器工作于甲乙类状态乙类状态采用两个晶体管对称的电路结构和轮流导通的方法保证信号完整。电路效率略低于78.5%；采用两个晶体管对称的电路结构和轮流导通的方法保证信号完
7、整，并可克服乙类交越失真问题。第13页，本讲稿共35页9.3.2 选择最佳负载 RLRLRL(1)负载选择对输出功率 与效率有直接关系(2)功放电路的负载值 不可随意变动,尤其不可随意减小!图中 AM 线对应的 RL 为最佳负载；RL RL RL 设放大器工作在乙类状态 第14页，本讲稿共35页9.4 互补对称功率放大电路 9.4.1 乙类互补对称电路(OTL电路)1.结构特点 NPN+PNP:结构对称结构对称 且两管参数对称OTL:无变压器功率放大电路(Output Transformerless)无变压器无变压器当调整R1、R2 ，使静态下 UE=VCC/2 时,R1R2EUC=VCC/2
8、 输出回路有一大电容输出回路有一大电容 C 使用单一电源使用单一电源 VCC第15页，本讲稿共35页(1)输入电压输入电压 ui 的正半周的正半周 能源能源:VCC 电路状态电路状态:T1 导通导通;T2 截止截止 T1 管电流管电流 iC1:流经流经 RL形成形成 uO 正半周正半周;iC1通路通路:VCCT1CRL地地 2.工作原理R1R2 放大器工作于乙类状态。电流方向正向 uO 正正半周半周:uO 0;uO ui 0tt0uo第16页，本讲稿共35页(2)输入电压输入电压ui的负半周的负半周 能源能源:C 储电储电 电路状态电路状态:T2导通导通;T1 截止截止 T2 管电流管电流 i
9、C2:流经流经 RL形成形成 uO负半周负半周;iC2通路通路:C T2地地RL C ui 0tuO 0tR1R2 uO 负半周负半周:uO 0;电流方向反向第17页，本讲稿共35页(3)电容 C 须足够大 OTL电路中只有电容 C 足够大，才能认为电容C上电压基本不变，可提供负半周足够的能源。ui 0tuO 0tR1R2 第18页，本讲稿共35页(4)电路输出特性又称推挽式放大器。UCE M tA ICQ iC1 (mA)ic 0 1 ICM 0Q uO(V)iC2 (mA)VCC /2uCE02T1:NPNT2:PNP-1/RLR1R2 第19页，本讲稿共35页2.输出功率与效率估算（1）
10、功率估算UCE M tA ICQ iC1 (mA)ic 01 ICM 0Q uO(V)iC2 (mA)VCC /2uCE02T1:NPNT2:PNP-1/RL当输入信号足够大时，当输入信号足够大时，UCEM VCC/2；则：；则：第20页，本讲稿共35页2.输出功率与效率估算（2）效率估算UCE M tA ICQ iC1 (mA)ic 01 ICM 0Q uO(V)iC2 (mA)VCC /2uCE02T1:NPNT2:PNP-1/RL第21页，本讲稿共35页3.乙类互补对称电路的缺点 -交越失真交越失真：由晶体管输入特性曲线可知，由于发射结存在死区电压，所以ui比较小时，ib 约为0，使Ic
11、、uce 发生变形，称为交越失真。R1R2Eib0ib=f（u be）u be第22页，本讲稿共35页9.4.2 OTL甲乙类互补对称电路1.电路结构 如图.2.作用减小交越失真改善输出波形.3.工作原理(1)静态时(ui=0),两三极管 均处于微通状态;(2)(2)静态时静态时(ui=0),),iL=iC1-iC2=0,uo=0R、D1、D2 提供直流偏置电压放大器工作于甲乙类状态。第23页，本讲稿共35页(3)动态时,如图。由于D1、D2 动态电阻很小，且 R 很小，故加在B1、B2上的幅值约等；所以：ui 正半周：T1 进一步导通工作进一步导通工作;T2 滞后截止；滞后截止；iB1 iC
12、1 iL ui 负半周：T2 进一步导通工作进一步导通工作;T1 滞后截止；滞后截止；iB2 iC2 -iL 第24页，本讲稿共35页9.4.3 OCL甲乙类互补对称电路OCL:无电容功率放大电路(Output Capacitorless)1.OCL电路要求：（1）正负双电源供电（2）较多采用复合管，以便于既满足管型对称，又较易匹配管子参数。BX第25页，本讲稿共35页2.OCL电路工作波形第26页，本讲稿共35页9.5 采用复合管的互补对称功率放大电路 9.5.1 复合管复习 1.两个相同类型的晶体管组成复合管时两个相同类型的晶体管组成复合管时:复合管与原来的管型相同，复合管与原来的管型相同
13、，复合管的复合管的 1 2 复合管的复合管的 rbe=rbe1+（1+1）rbe2第27页，本讲稿共35页2.2.两个不同两个不同类类型的晶体管型的晶体管组组成复合管成复合管时时:复合管的复合管的类类型决定于前面一个晶体管，型决定于前面一个晶体管，复合管的复合管的 1 2 复合管的复合管的 rbe=rbe1 第28页，本讲稿共35页9.5.2 复合管式功率放大电路 第29页，本讲稿共35页9.6 集成功率放大器 9.6.1 内部电路组成简介 DG4100系列单片集成功放内部电路。由三级直接耦合放大电路和一级互补对称放大电路构成,并由单电源供电,输入及输出均通过耦合电容与信号源和负载相连,是OT
14、L互补对称功率放大电路。第30页，本讲稿共35页DG4100集成功放与外接元件总电路图 第31页，本讲稿共35页9.3.2 DG4100集成功放的典型接线法 DG4100第32页，本讲稿共35页OCL准互补对称功率放大电路 第33页，本讲稿共35页本 章 小 结1.功率放大器定义：功率放大器是一种能向负载提供较大信号功率为主要目的的放大电路。2.性能特点输出功率大电路的效率高3.提高功放电路输出功率的方法提高电源电压选择合适的器件改善器件的散热条件4.提高电路效率的途径从功放管工作状态上解决甲类放大状态乙类放大状态效率可达78.5%交越失真甲乙类放大状态第34页，本讲稿共35页5.互补对称功率放大电路（推挽式）利用NPN和PNP两只参数对称的三极管，连接成推挽式输出电路形式，在输入信号控制下，两管轮流导通，并向负载提供相反方向的电流，使输出电压形成完整的正弦波形。推挽式电路使用单电源需接容量较大的电容器采用直接藕合输出需要双电源供电，要求电路对称，尽量避免静态工作点失调或器件损坏OCL 电路OTL 电路第35页，本讲稿共35页