第10章 功率放大电路模拟电子技术（第三版）教学课件.ppt

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1、第10章 功率放大电路模拟电子技术（第三版）模 拟 电 子 技 术功率放大电路功率放大电路第第 10 10章章10.1功率放大电路的特殊问题及其分类功率放大电路的特殊问题及其分类10.2互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路10.3集成功率放大器集成功率放大器10.4功率管的散热与二次击穿功率管的散热与二次击穿模 拟 电 子 技 术家用电器：家用电器：电视机、冰箱、微波炉、洗衣机、空调为什么要用功率放大电路？为什么要用功率放大电路？办公设备：办公设备：电脑、打印机、复印机、传真机工业设备：工业设备：仪表、电机无线通讯：无线通讯：手机、射频识别国防军用：国防军用：雷达汽车领域：汽车领域：车载电

2、子设备探测领域：探测领域：生命探测仪医疗器械：医疗器械：模 拟 电 子 技 术回顾：回顾：图4-46 F007(5G24)集成运放的内部电路（P155）为什么要用功率放大电路？为什么要用功率放大电路？模 拟 电 子 技 术例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。概概 述述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取模 拟 电 子 技 术10.1功率放大电路的特殊功率放大电路的特殊问题及其分类问

3、题及其分类10.1.1 功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题10.1.2 功率放大电路的分类功率放大电路的分类模 拟 电 子 技 术1 1、大信号工作状态，电压、电流要求都比较大，接近功率、大信号工作状态，电压、电流要求都比较大，接近功率管的极限运用。管的极限运用。10.1.1 功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题图2-17 晶体管的安全工作区 必须注意：电路参数不能超过必须注意：电路参数不能超过晶体管的极限值晶体管的极限值:（1）集电极最大允许电流）集电极最大允许电流ICM （2）反向击穿电压）反向击穿电压U(BR)CEO （3）集电极最大允许功率损）集电极最大允许功率损耗耗

4、 PCM。模 拟 电 子 技 术2 2、安全的提供尽可能大的输出功率、安全的提供尽可能大的输出功率(Po)M表示最大输出功率，表示最大输出功率，(Uom)M表示最大输出电压的幅值，表示最大输出电压的幅值，(Iom)M表示表示最大输出电流的幅值。最大输出电流的幅值。3 3、提供尽可能高的功率转换效率、提供尽可能高的功率转换效率4 4、允许一定非线性失真、允许一定非线性失真5 5、分析方法采用图解法、分析方法采用图解法6 6、功率管的散热和保护问题、功率管的散热和保护问题7 7、负载匹配问题、负载匹配问题8 8、安全可靠性、安全可靠性模 拟 电 子 技 术1 1按放大信号频率分类：按放大信号频率分

5、类：低频、高频低频、高频10.1.2 功率放大电路的分类功率放大电路的分类2按构成放大电路的器件分类按构成放大电路的器件分类分立元件功率放大电路和集成功率放大电路分立元件功率放大电路和集成功率放大电路 3按电路形式分类按电路形式分类变压器耦合的功率放大电路变压器耦合的功率放大电路无输出变压器的功率放大电路无输出变压器的功率放大电路 后者又有后者又有OTL、OCL、BTL三种形式。三种形式。4 4按晶体管导通时间分类按晶体管导通时间分类甲类（甲类（A类）、乙类（类）、乙类（B类）、甲乙类（类）、甲乙类（AB类）、类）、丙类（丙类（C类）、类）、丁类（丁类（D类）类）模 拟 电 子 技 术甲类甲类

6、(=2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(=)tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(0 V1 导通导通 V2 截止截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui 0 V1 微导通微导通 充分充分导通导通 微导通；微导通；V2 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。当当 ui 0 V2 微导通微导通 充分导通充分导通 微导通；微导通；V1 微导通微导通 截止截止 微导通。微导通。ui=0，VT1、VT2 微导通。微导通。两管静态电流相等，故流入负载的两管静态电流相等，故流入负载的静态输出电流为零，静态输出电压静态输出电流为零，静态输出电压也为零。也

7、为零。（2）动态分析：）动态分析：忽略忽略R2与二极管上压降：与二极管上压降：模 拟 电 子 技 术利用UBE扩大电路进行偏置的互补对称电路 模 拟 电 子 技 术10.3集成功率放大集成功率放大器器10.3.2 其它集成功放其它集成功放10.3.1 LM386 集成功放及其应用集成功放及其应用组成：组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路前置级、中间级、输出级、偏置电路特点：特点：输出功率大、外围辅助元件少、效率高输出功率大、外围辅助元件少、效率高有过流、过压、过热保护有过流、过压、过热保护分类：分类：通用型、专用型通用型、专用型模 拟 电 子 技 术10.3.1 LM386 集成功放及其应用

8、集成功放及其应用1.典型应用参数：典型应用参数：直流电源：直流电源：4 12 V额定功率：额定功率：660 mW带带 宽：宽：300 kHz输入阻抗：输入阻抗：50 k 12348765引脚图引脚图典型的低功耗音频功率放大器典型的低功耗音频功率放大器2.特性：特性：低功耗、电压增益可调、电源电压范围大、外接元件少、频率特性好低功耗、电压增益可调、电源电压范围大、外接元件少、频率特性好3.典型应用：典型应用：录音机、收音机等录音机、收音机等模 拟 电 子 技 术2.内部电路内部电路1.8 开路时，开路时，Au=20(负反馈最强负反馈最强)1.8 交流短路交流短路 Au=200(负反馈最弱负反馈最

9、弱)电压串联电压串联负反馈负反馈模 拟 电 子 技 术V3、V4：V5、V6：V1、V2：射级跟随器，高射级跟随器，高 Ri双端输入单端输出差分电路双端输入单端输出差分电路恒流源负载恒流源负载输出级：输出级：V7 为驱动级为驱动级(I0 为恒流源负载为恒流源负载)V11、V12 用于消除交越失真用于消除交越失真V8、V10 构成构成 PNP 准互补对称准互补对称（1）电路组成：）电路组成：输入级：输入级：中间级：中间级：（2）电路增益：）电路增益：模 拟 电 子 技 术 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F220 F0.1 F8 10 .04

10、7 F+VCC6输出电容输出电容(OTL)频频率率补补偿偿，抵抵消消电电 感感高高频频的的不不良良影影响响防止自激等防止自激等调节电压调节电压放大倍数放大倍数3.实际应用电路实际应用电路模 拟 电 子 技 术模 拟 电 子 技 术10.4功率管的散热与功率管的散热与二次击穿二次击穿10.4.1 功率管的散热功率管的散热1.热阻热阻(a)晶体管的散热示意图 (b)晶体管的散热等效电路模 拟 电 子 技 术2.晶体管的散热计算晶体管的散热计算(a)齿轮形 (b)指状形 (c)板条形 模 拟 电 子 技 术10.4.2 功率管的二次击穿功率管的二次击穿 1.二次击穿现象二次击穿现象(a)二次击穿现象

11、 (b)二次击穿临界特性曲线模 拟 电 子 技 术2.二次击穿产生的原因二次击穿产生的原因 产生二次击穿的原因主要是管内的结构缺陷，例产生二次击穿的原因主要是管内的结构缺陷，例如结面不均匀，晶格缺陷等。功率管一旦发生二次击如结面不均匀，晶格缺陷等。功率管一旦发生二次击穿，结区的某些薄弱点上的电流密度就会剧增，形成穿，结区的某些薄弱点上的电流密度就会剧增，形成局部过热点，局部过热点的温度升高，反过来又使电局部过热点，局部过热点的温度升高，反过来又使电流密度增大，如此反复作用，最终导致过热点上的晶流密度增大，如此反复作用，最终导致过热点上的晶体熔化，在集电极和发射极间形成低阻通道，结果使体熔化，在

12、集电极和发射极间形成低阻通道，结果使u uCECE急剧下降，急剧下降，i iC C急剧增大，导致功率管在没有发烫时就急剧增大，导致功率管在没有发烫时就被损坏或性能严重恶化，因此，二次击穿是不可逆的。被损坏或性能严重恶化，因此，二次击穿是不可逆的。模 拟 电 子 技 术3.防止二次击穿的措施防止二次击穿的措施（1 1）在设计电路时，要设法使晶体管工作在安全区以）在设计电路时，要设法使晶体管工作在安全区以内，而且还要留有余地。例如增大功率余量，改善散热内，而且还要留有余地。例如增大功率余量，改善散热情况，选用较低的电源电压。情况，选用较低的电源电压。（2 2）使用时要尽量避免产生过压和过流的可能性

13、，不）使用时要尽量避免产生过压和过流的可能性，不要将负载开路或短路，不要突然加强信号，同时不允许要将负载开路或短路，不要突然加强信号，同时不允许电源电压有很大波动。电源电压有很大波动。（3 3）采取适当的措施。为了防止由于感性负载而使管）采取适当的措施。为了防止由于感性负载而使管子产生过压或过流，可在负载两端并联二极管（或二极子产生过压或过流，可在负载两端并联二极管（或二极管和电容），此外也可对晶体管加以保护，保护的方法管和电容），此外也可对晶体管加以保护，保护的方法很多，例如可以用稳压管并联在功率管的很多，例如可以用稳压管并联在功率管的c c、e e两端，以两端，以吸收瞬时的过电压等。吸收瞬

14、时的过电压等。模 拟 电 子 技 术小小 结结1.1.功率放大电路的主要任务是在非线性失真允许的范功率放大电路的主要任务是在非线性失真允许的范围内，高效地获得尽可能大的输出功率。其主要功能是向围内，高效地获得尽可能大的输出功率。其主要功能是向负载提供交流功率，带动一定装置执行动作。负载提供交流功率，带动一定装置执行动作。2.2.功率放大电路的特点是信号的电流和电压动态范围功率放大电路的特点是信号的电流和电压动态范围大，工作时易接近功率管的极限参数和特性曲线的非线性大，工作时易接近功率管的极限参数和特性曲线的非线性区。所以功率放大电路的性能指标是最大不失真输出功率、区。所以功率放大电路的性能指标

15、是最大不失真输出功率、效率和非线性失真等。效率和非线性失真等。3.3.甲类功率放大电路的特点是失真小，但因为效率低，甲类功率放大电路的特点是失真小，但因为效率低，静态功耗高，所以采用乙类互补对称功率放大电路，其理静态功耗高，所以采用乙类互补对称功率放大电路，其理想情况下效率最高，但存在交越失真，且对称管不太容易想情况下效率最高，但存在交越失真，且对称管不太容易匹配。匹配。模 拟 电 子 技 术4.在互补对称电路中，有双电源电路（在互补对称电路中，有双电源电路（OCL）和）和单电源电路（单电源电路（OTL，BTL），其中），其中OCL电路效率电路效率虽然高，但是管耗太高，而虽然高，但是管耗太高，

16、而OTL电路虽然克服了电路虽然克服了OCL电路中管耗太高的缺点，但是输出功率太低，电路中管耗太高的缺点，但是输出功率太低，而而BTL电路能在单电源的情况下输出与电路能在单电源的情况下输出与OCL电路电路一样大的输出功率。一样大的输出功率。5.为了消除交越失真，采用甲乙类互补对称功为了消除交越失真，采用甲乙类互补对称功率放大电路也可以获得接近乙类功率放大电路的率放大电路也可以获得接近乙类功率放大电路的效率。效率。6.为了解决中大功率管互补配对问题，利用互为了解决中大功率管互补配对问题，利用互补复合管获得大电流增益和较为对称的输出特性，补复合管获得大电流增益和较为对称的输出特性，保证功放输出级在同

17、一信号下两个输出管交替工保证功放输出级在同一信号下两个输出管交替工作，便形成准互补功率放大电路。作，便形成准互补功率放大电路。模 拟 电 子 技 术7.7.实际功率放大电路主要由输入级、中间实际功率放大电路主要由输入级、中间级、输出级组成，此外，还有偏置电路负反级、输出级组成，此外，还有偏置电路负反馈自举等措施。由于集成功率放大器具有体馈自举等措施。由于集成功率放大器具有体积小、重量轻、安装调试简单、使用方便的积小、重量轻、安装调试简单、使用方便的特点，所以在电子设备、家用电器、微机接特点，所以在电子设备、家用电器、微机接口、测量仪表、控制电路中得到了广泛应用。口、测量仪表、控制电路中得到了广泛应用。8.8.功率放大电路中功率管的散热与保护是功率放大电路中功率管的散热与保护是一个很重要的问题，关系到它是否能输出足一个很重要的问题，关系到它是否能输出足够大的功率以及是否能安全工作。够大的功率以及是否能安全工作。