模电-功率放大电路课件
§ 8.1 功率放大电路的一般问题 § 8.2 甲类互补功放 § 8.3 乙类双电源互补功率放大器 § 8.4 甲乙类双电源互补功率放大器 § 8.5 集成功率放大器,第八章 功率放大电路,例1： 扩音系统,功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，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。,8.1 功率放大电路的一般问题,例2：温度控制,R1-R3:标准电阻,Va : 基准电压,Rt :热敏电阻,A：电压放大器,Rt,T,VO,T,Vb,VO1,1功率放大电路的定义,功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力要强。,2功率放大电路与电压放大电路的区别,(1).本质相同,电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。,功率放大电路: 主要输出较大的功率。,但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。,因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。,(2). 任务不同,(3).指标不同,(4).研究方法不同,电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号状态下工作.,功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号状态下工作。,电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.,功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。,电压放大电路：图解法、等效电路法,功率放大电路：图解法,(1)输出功率Po尽可能大,(2)效率要高,Po大，电路的能量损耗也大,(3)非线性失真要小,大信号工作状态，与Po、 是一对矛盾,(4)功放管散热和保护问题,3.功率放大电路的特殊问题,要求Vo和Io都足够大,根据静态偏置或输出功放管导通角的不同， 功放电路可分为四种:,4.功率放大电路的分类,甲类 乙类 甲乙类 丙类,类别 工作点 波 形 导通角 特点,甲类,甲乙类,乙类,较高,较低,最低,360,180,180 360,无失真 效率低,失真大 效率最高,失真大 效率较高,功放电路分类比较表,OCL (无输出电容),双管：NPN、PNP特性相同且互补 双共集电路 双电源供电,8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路,又称OCL互补功放,8.3.1 电路组成,vi正半周时,结论： 两个三极管，轮流导电（正、负半周）互补不足,忽略三极管的开启电压:,vi负半周时,互补,推挽,O,t,iL,工作原理,负载上的最大不失真电压为Vom=VCC -VCES,vo=-vce,8.3.2 分析计算,1输出功率Po,最大不失真功率为：,理想最大输出功率为：,以正半周为例,功率 三角形,Vom: 峰值,2三极管的管耗PT,3直流电源供给功率PV,当Vom = VCC 时，max=/4 =78.5。,4效率,问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？,用PT1对Vom求导得出：,8.3.3 功率BJT的选择,1最大管耗和最大输出功率的关系,将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:,PT1max发生在Vom=2VCC/=0. 64VCC处,2. 功率BJT的选择,(1)最大允许管耗PCM,(2)|V(BR)CEO|,(3)最大集电极电流ICM,0.2POM,2VCC,散热与最大功耗PCM的关系 电源供给的功率，一部分转换为负载的有用功率，另一部分则消耗在功率管的集电结，变为热能而使管芯的结温上升。如果晶体管管芯的温度超过管芯材料的最大允许结温TjM(锗管TjM约为75100,硅管TjM约为150200)，则晶体管将永久损坏。这个界限称为晶体管的最大允许功耗PCM。,描述热传导阻力大小的物理量称为热阻RT。 RT的量纲为/W，它表示每消耗1W功率结温上升的度数。为减小散热阻力，改善散热条件，通常采用加散热器的方法。图 (a)给出一种铝型材散热器的示意图。加散热器后，热传导阻力等效通路如图 (b)所示。图中： RTj内热阻，表示管芯到管壳的热阻； RTfo管壳到空间的热交换阻力； RTc管壳到散热器之间的接触热阻，与管壳和散热器之间的接触状况有关； RTf散热器到空间的热交换阻力，与散热器的形状、材料以及面积有关。,散热器和热传导阻力等效通路 (a)铝型材散热器示意图； (b)热传导阻力等效通路(热阻计算),由图可见，不加散热器时，总热阻RTo为 由于管壳散热面积很小，RTfo是很大的。 加散热器后，由于(RTc+RTf)RTfo，所以，总热阻RT为 显然，RTRTo。 功率管的最大允许功耗PCM与总热阻RT、最高允许结温TjM和环境温度To有关，其关系式为,二次击穿现象与安全工作区 功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致。 二次击穿现象可由图 (a)来说明。当集电极电压vCE增大时，首先可能出现一次击穿(图中AB段)。这种击穿是正常的雪崩击穿。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将其起、始点连线称为二次击穿临界线，如图 (b)所示。,功率管的二次击穿现象 (a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线,为保证功率管安全可靠地工作，除保证电流小于ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击穿电压V(BR)CEO外，还应避免进入二次击穿区。所以，功率管的安全工作区如图所示。,双极型功率管的安全工作区,乙类放大的输入输出波形关系:,死区电压,输入信号 vi在过零前后，输出信号出现的失真。,vi很小时,在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，这个失真称为交越失真。,乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题,8.4 甲乙类互补对称功率放大电路,为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。,(a)利用二极管提供偏置电压,参数计算：与乙类功放同,谐波失真度,8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路,(b)利用三极管恒压源提供偏置,VCE4=VBE4(R1+R2)/R2,OTL（无输出变压器) 单电源,电容器Co选择：,静态:Vk=VCC /2,8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路,动态分析,设输入端在 0.5VCC 直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大， VC基本保持在0.5VCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。,时，T1导通、T2截止；,输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 vi 幅度足够大。则：,vi,t,t,参数计算：OCL公式中以VCC/2取代VCC,理想最大输出功率为：,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态VAQ=0.5VCC,D1 、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真。,Re1 、 Re2：电阻值12，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。,当输出功率较大时往往采用复合管 复合管有四种形式：,达林顿管： 由NPN、PNP复合而成。,复合管极性=前面管极性,采用复合管的互补功放,改进后的OCL准互补输出功放电路：,T1：电压推动级,T2、R1、R2： VBE倍增电路,T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级,准互补,输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。,广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。 大多数集成功率放大器=运算放大器+互补功率输出。 使用方法原则上与集成运放相同，注意极限参数（功耗、最大允许电源电压等） 一般加有足够大的散热器,8.5集成功率放大器,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的功率。,集成功放LM384：,生产厂家：美国半导体器件公司,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,集成功放 LM384管脚说明:,14 - 电源端（ Vcc）,3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、12 - 接地端（GND）,2、6 - 输入端（一般2脚接地）,8 -输出端(经500 电容接负载),1 - 接旁路电容(5),9、13 - 空脚（NC）,集成功放 LM384 外部电路典型接法：,调节音量,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,负载上获得的信号电压要增加一倍。 BTL放大电路输出功率较大，负载可以不接地。,BTL互补功放,BTL原理电路,+VCC,R,L,Vo,Vi,i,2,i,1,V,1,V,2,V,3,V,4,双通道功放 用于立体声音响设备，一般有专门的集成功放产品。 它有一个左声道功放和一个右声道功放，两功放技术指标相同。需要在专门的立体声音源下才能显现出立体声效果。 有的高级音响设备一个声道分成二、三个频段放大，有相应的低频段、中频段和高频段放大器。,90V的电压对电子电路显然不合适。,利用变压器阻抗变换关系( RL´= K2 RL)，把阻抗变小，便可解决以上问题。,变压器耦合式功放电路,根据公式,得电源电压：,乙类变压器耦合式推挽功率放大器,1.原理电路,放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起。,小结与基本要求,1、功放分类与特点,2、四参数计算,3、选管条件,
