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中南大学模电课件第4章

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    • 1、第4章 功率放大电路,4.2 互补对称功率放大电路,4.3 改进型OCL电路,4.1 概述,*4.4 集成功放及其应用,小 结,4.1 概述,4.1.1 功率放大的特点及主要性能指标,Pomax 大,三极管工作在极限状态, = Pom / PV 要高,非线性失真要小,特点:,晶体管的散热与保护问题,分析方法-图解法,4.1.2 功率放大电路的分类,甲类:,乙类:,甲乙类:,分类:,放大电路的工作状态,甲类( = 2 ),乙类( = ),甲乙类( 2 ),Q,Q,Q,乙类工作状态失真大,静态电流为零 ,管耗小,效率高。,甲乙类工作状态失真大, 静态电流小 ,管耗小,效率较高。,甲类工作状态失真小,静态电流大,管耗大,效率低。,4.2.1 互补对称功率放大电路的引出,设“Q”设置在 交流负载线中点,VCC,IC,4.2 互补对称功率放大电路,1.甲类功率放大电路的输出功率与效率,2.互补对称功率放大器的引出,上图所示的射极跟随器输出电阻小,带负载能力强,适合作功率输出级,但由于RC的存在,它的静态电流较大,电路效率仍然较低。为了提高效率,必须使电路的静态损耗为0,即IB=0,IC=0,并且

      2、采用两个极性相反的射极跟随器组成乙类互补功率放大电路,4.2.2 OCL电路的组成与工作原理 (OCL Output Capacitorless),电路组成及工作原理,ui 0 T1 导通 T2 截止,iC1,io = iE1 = iC1, uO = iC1RL,ui 0 T2 导通 T1 截止,iC1,io = iE2 = iC2, uO = iC2RL,ui = 0 T1 、 T2 截止,iC1,-Uon ui Uon 时, T1 、 T2截止, 产生交越失真。,电路存在的问题: 当输入电压小于死区电压时,三极管截止,引起 交越失真。,交越失真,输入信号幅度越小失真越明显。,4.2.3 OCL电路的输出功率与效率,最大输出电压幅值为VCC-UCES,最大不失真输出电压有效值为,最大输出功率为,负载获得最大输出功率时,,电源瞬时功率为pv=iCVCC,效率,电源平均功率为,若忽略UCES ,则,令,则:,时管耗最大,即:,每只管耗,每只管子最大管耗为 0.2Pom,选管原则,PCM 0.2 Pom,U(BR)CEO 2VCC,ICM VCC / RL,管耗,例 1: 已知:VCC =

      3、 VEE = 24 V,RL = 8 , 忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PV、PT1, 并选管。,解,PV=2V2CC / RL,= 2 242 / ( 8) = 45.9 (W),= 0.5 (45.9 36) = 4.9 (W),U(BR)CEO 48 V,ICM 24 / 8 = 3 (A),可选:,U(BR)CEO = 60 100 V,ICM = 5 A,PCM = 10 15 W,例 2: 已知:VCC = 12 V,RL = 8 ,UCES=2V,1)求 Pom 、以及此时的 PV、PT1, 并选管。 2)计算=0.6时的Po,解,PV=2VCC (VCC-UCES)/ RL,= 2 12 10 / ( 8) = 9.55 (W),U(BR)CEO 24 V,ICM 12 / 8 = 1.5 (A),可选:,U(BR)CEO = 30 V,ICM = 3 A,PCM = 5 W,4.3 改进型OCL电路,4.3.1 甲乙类互补对称功率放大电路,1.克服交越失真思路,电路:,当 ui = 0 时,T1、T2 微导通。,当 ui 0 ( 至 ), T1 微导

      4、通 充分导通 微导通;,T2 微导通 截止 微导通。,当 ui 0 ( 至 ), T2 微导通 充分导通 微导通;,T1 微导通 截止 微导通。,2.克服交越失真的电路,利用二极管消除交越失真,UBE的倍增电路,利用二极管提供偏置电压,Ub1b2=UD1+UD2,要求 Ub1b2约大于Uon1+Uon2 ; ui=0时uo=0,由于D1 、 D2的动态电阻很小, 可认为交流分量ub1=ub2=ui,ui0时,T1导通, T2微导通或截止;,ui0时,T2导通, T1微导通或截止;,T1、T2微至少有一个导通, 无交越失真, 工作在甲乙类状态。,3.实际电路,4.功率和效率,由于甲乙类互补对称功率放大电路的静态电流很小,其工作原理与分析方法与乙类功率放大电路近似相同。 对于甲乙类互补对称功率放大电路的输出功率与效率计算,仍然可以使用乙类功率放大电路的计算公式,这样做计算过程简单,误差也不是很大。,4.3.2 准互补对称放大电路,1. 复合管(达林顿管),目的:实现管子参数的配对,ib1,(1 + 1) ib1,(1 + 1) (1 + 2) ib1,= (1 + 1 + 2+ 12) i

      5、b1, 1 2,rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2,2(1+1) ib1,1 ib1,ib,ic,ie,(1 + 2 + 12) ib1,复合管的构成规则:,1. 在串接点,必须保证两管电流方向的一致和连续(实际电流方向不冲突),2. 在并接点,必须保证两管电流同时流入接点或同时流出接点。,3. 必须保证复合管中每个管子都工作在放大区(即保证发射结正偏,集电结反偏。,4.复合管类型与第一只管子相同。,NPN + NPN,NPN,PNP + PNP,PNP,NPN + PNP,NPN,PNP + NPN,PNP,一些常见的复合管,练习:,2. 准互补功率放大电路,(输出管为同类型管的电路),由于输出管为同类型管,容易 做到正、负半周输出特性相同。,4.3.3 输出电流的保护,IE2 VO D1导通 IB2( I0恒定) IE2,IE4 VO D2导通 IB3( I0恒定) IE3、 IE4,甲乙类单电源互补对称放大电路(补充), OTL电路(Output Transformerless ),E,电容 C 的作用:,1)充当 VCC / 2 电源,2)耦合交流信号,取VEE=0

      6、,当 ui = 0 时:,当 ui 0 时:,T2 导通,C 放电,,T2 的等效电源电压 0.5VCC。,当 ui 0 时:,T1导通,C 充电,,T1 的等效电源电压 + 0.5VCC。,应用 OCL 电路有关公式时,要用 VCC / 2 取代 VCC 。,OCL 电路和 OTL 电路的比较*,第 八 章 功率放大电路,*4.4 集成功放及其应用,引 言,4.4.2 DG810 集成功放及其应用,4.4.3 TD2040 集成功放及其应用,4.4.1 LM386 集成功放及其应用,组成:,前置级、中间级、输出级、偏置电路,特点:,输出功率大、效率高,有过流、过压、过热保护,引 言,4.4.1 LM386 集成功放及其应用,1. 典型应用参数:,直流电源:,4 12 V,额定功率:,660 mW,带 宽:,300 kHz,输入阻抗:,50 k,1 2 3 4,8 7 6 5,引脚图,2. 内部电路,1. 8 开路时, Au = 20 (负反馈最强),1. 8 交流短路 Au = 200 (负反馈最弱),电压串联负反馈,V1、V6 :,V3、V5:,V2、V4:,射级跟随器,高 Ri,

      7、双端输入单端输出差分电路,恒流源负载,V7 V12:,功率放大电路,V7 为驱动级(I0 为恒流源负载),V11、V12 用于消除交越失真,V8、V10 构成 PNP 准互补对称,3. 典型应用电路,输出电容(OTL),频率补偿,抵消电 感高频的不良影响防止自激等,调节电压放大倍数,4.4.2 DG810 集成功放及其应用, 标准音频功率放大,功率大、噪声小、频带宽、 工作电源范围宽、有保护电路,输出电容,输入 偏置,交流负反馈,频率补偿,防自激等,自举电容,频率补偿 防自激等,+VCC,ui,C9,R1,R4,C2,DG810,1,12,9,4,7,8,5,C1,C8,C7,C4,C5,C6,5 F,100 k,.01 F,100 F,1000 pF,0.1 F,4 ,56 ,4 700 pF,10,100 F,100 F,100 ,R3,R2,1000 F,100 F,C10,1 ,电源滤波,4.4.3 TD2040 集成功放及其应用,特点:,输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护,参数:,直流电源: 2.5 20 V,开环增益:80 dB,功率带宽:100 kHz,输入阻抗:50 k,输出功率:22 W (RL = 4 ),双电源(OTL)应用,大电容滤除低频成分,小电容滤除高频成分,1. 功率管的工作类型,2. OCL 和 OTL 功放电路的特性,小 结,结构简单,效率高, 频率响应好,易集成,结构简单,效率高,频率 响应好,易集成,单电源,双电源, 电源利用率不高,输出需大电容, 电源利用率不高,最大输出功率,直流电源消耗功率,效率,最大管耗,

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