第第五五章章 功率放大电路功率放大电路（模电）（模电）返回返回第五章第五章 功率放大电路功率放大电路对你的期望对你的期望1、熟练掌握功放的特点、互补对称功放的工作原理、输出功率及效率的计算； 2、理解功放中有关概念：交越失真；3、集成功放的应用；5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题5.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路*5.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲甲乙类双电源互补对称电路乙类双电源互补对称电路u 甲甲乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路5.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 第五章第五章 功率放大电路功率放大电路5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路用作放大电路输出级输出级，驱动驱动执行机构。执行机构。例：例： 扩音系统扩音系统功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取如使扬声器发声、继电器动作、如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。功率放大电路：功率放大电路：向负载提供功率的放大电路。向负载提供功率的放大电路。1. 功率放大电路的作用功率放大电路的作用5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题. 功率放大电路与电压放大电路的区别功率放大电路与电压放大电路的区别1）交直共存 和电压放大电路本质相同 2）直流能量被转换为交流能量 和电压放大电路不同 提供大输出功率输入大信号，信号动态范围大，静态电流接近于0 图解法 1）任务 2）工作特点 3）分析方法 4）动态指标 Po、PT、等 提高信号幅度 输入小信号，信号动态范围小，有一定静态电流 图解法、小信号法 Av、Ri、Ro等 电压放大电路功率放大电路. 功率放大电路的特殊问题功率放大电路的特殊问题F效率要高效率要高F失真要小失真要小F散热要好散热要好5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题F功率要大功率要大. 放大电路工作状态分类放大电路工作状态分类乙类：乙类：甲类：甲类：甲乙类：甲乙类： 0V T2截止截止ui 0V T1截止截止ui 0V T1导通导通5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题5.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路*5.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲甲乙类双电源互补对称电路乙类双电源互补对称电路u 甲甲乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路5.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 第五章 功率放大电路5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路1. 电路组成电路组成互补对称：互补对称：电路中采用两个晶体管：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。这个电路也这个电路也称为无输出电容形式（称为无输出电容形式（ OCL电路）电路） ic1ic2 静态时：静态时：ui = 0V ic1、ic2均均=0（乙（乙类工作状态）类工作状态） uo = 0V动态时：动态时：ui 0VT1截止，截止，T2导通导通ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=-ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。两个晶体管都只在半个周期内工作。5.2 乙类双电源互补对称功率放大电路乙类双电源互补对称功率放大电路2. 工作原理工作原理3.3.3.3.分析计算分析计算分析计算分析计算：设设T T1 1、T T2 2为理想为理想BJTBJT，忽略，忽略V VBEBE的影响。的影响。计算计算P PO O、P PT T、P PV V、 P PO O = V= VO O I IO O = V= VO O2 2 / R/ RL L= V= VOmOm2 2 /(2R/(2RL L）结论：结论：V Vi iV VO OP PO O最大输出功率：最大输出功率：P POm Om = V= Vom(max)om(max)2 2 /(2R/(2RL L) )若：若：V VCCCC V V CES CES 其中：其中： V Vom(maxom(max） = V = VCCCC -V -VCESCES则：则：P POmax Omax = V= VCCCC2 2 /(2R/(2RL L) )（1 1） 输出功率输出功率P PO O i iO OP PT T = P = PT1 T1 + + P PT2T2 P PT1 T1 = = P PT2T2 P PT T = 2P = 2PT1 T1 =2=2 P PT2T22 2 管耗管耗P PT Ti iO O结论：结论：V Vi iV VO OP PT T？3 3 直流电源供给功率直流电源供给功率 P PV VP PV VP PO OP PT Ti iO OV Vi iV VO OP PV V结论：结论：V Vi iV VO O 结论：结论：4 4 效率效率 ：V Vi iP PO OP PV V P PT T？4、最大管耗与输出功率关系：、最大管耗与输出功率关系：产生产生P PT1maxT1max=0.2 P=0.2 POmaxOmax( (选管依据）选管依据）2 2P POmaxOmax2最大管耗：最大管耗：保证保证BJTBJT工作在安全区：工作在安全区：1) PCM CM PT1max T1max = = 0.2 P0.2 POmaxOmax2) ICM CM Ic1max c1max = = V VCC CC / R RL L3) V(BR)CEO (BR)CEO 2V VCCCC并注意保证足够的余量并注意保证足够的余量5.5.功率功率BJTBJT选择原则：选择原则：i iO O5. 2 乙类互补对称功放乙类互补对称功放例：功放电路，例：功放电路，例：功放电路，例：功放电路， 电源为电源为电源为电源为VVVVCCCCCCCC=12V=12V=12V=12V，负载，负载，负载，负载R R R RL L L L=8=8=8=8， BJT BJT BJT BJT参数：参数：参数：参数：I I I ICMCMCMCM=2A=2A=2A=2A、P P P PCMCMCMCM=5W=5W=5W=5W、V V V V（BRBRBRBR）CEOCEOCEOCEO=30V=30V=30V=30V 试求：试求：试求：试求： （1 1 1 1）最大输出功率）最大输出功率）最大输出功率）最大输出功率P P P Pomomomom；并检验所给；并检验所给；并检验所给；并检验所给BJTBJTBJTBJT是是是是 否能安全工作？否能安全工作？否能安全工作？否能安全工作？ （2 2 2 2）电路在）电路在）电路在）电路在 =0.6=0.6=0.6=0.6时的输出功率时的输出功率时的输出功率时的输出功率P P P PO O O O。MM解：解：解：解：（1 1 1 1）最大输出功率）最大输出功率）最大输出功率）最大输出功率 P POmax Omax = V= VCCCC2 2 /(2R/(2RL L) ) = (12) = (12) = (12) = (12)2 2 /(2*8)=9W/(2*8)=9W最大集电极电流为最大集电极电流为 V VCC CC /R/RL L= 12/8=1.5A= 12/8=1.5A I I I ICMCMCMCM 承受最大反压承受最大反压 V VCE CE = 2*V= 2*VCC CC =24V=24V V V V V（BRBRBRBR）CEOCEOCEOCEO 最大管耗最大管耗 P PT1 T1 = 0.2 P= 0.2 POmax Omax =1.8W=1.8W IB，则，则 VBE倍增偏置电路倍增偏置电路IIB（）复合管的构成（）复合管的构成（）复合管的构成（）复合管的构成ic1= 1 ib1 ,ic2= 2 ib2 = 2 (1+ 1 ) ib1,ic = ic1+ ic2 = 1+ 2 (1+ 1 ) ib.方式方式方式方式 1 1ib2= ie1=(1+ 1 ) ib1 ,C CB BE ET1NPNT2NPNibicieBECib bic cieNPNib= ib1 ,.复合管互补对称放大电路复合管互补对称放大电路 复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 1 1 2 2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同方式方式方式方式2 2 2 2EBCT T1 1PNPPNPT2NPNibicieBCEib bic ciePNP 3. R8 和和R9 的作用的作用? ? 1. R4、D1、D2的作用？的作用？ 2. 2. T1 和和T3 、T2 和和T4 构成什么工作方式？构成什么工作方式？ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL+_R2R5R7R9R8T5uo+_+ 4. R6和和R7 的作用的作用? ?避免产生交越失真避免产生交越失真构成复合管构成复合管稳定静态工作点。稳定静态工作点。分流分流T1、T2的的ICEO，提高温度稳定性。提高温度稳定性。（2 2 2 2）复合管互补对称电路举例）复合管互补对称电路举例）复合管互补对称电路举例）复合管互补对称电路举例T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1级：差动放大级：差动放大第第2级：差动放大级：差动放大第第3级：单管放大级：单管放大第第4级：互补对级：互补对称射极跟随器称射极跟随器（）例：（）例：（）例：（）例：集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器四、分析计算：四、分析计算：（同乙类）（同乙类）五、选管原则：五、选管原则：（同乙类）（同乙类）P PO O= V= VOmOm2 2 /(2R/(2RL)L) PCM CM PT1max T1max = = 0.2 P0.2 POmaxOmax ICM CM Ic1max c1max = = V VCC CC / R RL LV(BR)CEO (BR)CEO 2V VCC CC 例例例例1 1：甲乙类互补对称功放：甲乙类互补对称功放：甲乙类互补对称功放：甲乙类互补对称功放R RL L =4=4 V VCES CES =3=3V V 求：求：1 1、电路最大不失真输出功率；、电路最大不失真输出功率；2 2、若功率管的极限参数：、若功率管的极限参数： P PCM CM =10W=10W、 I ICM CM =5A=5A、 V V（BRBR）CEO CEO =40V=40V，试校验功率管的工作是否安全。，试校验功率管的工作是否安全。解：解：=(V=(VCC CC V VCES CES ) )2 2 /(2R/(2RL L) )P POmOm=V=VOm (max)Om (max)2 2 /(2R/(2RL L) )=18W=18WP PT1max T1max =0.2V=0.2VCCCC2 2 /(2R/(2RL L)=5.625W)=5.625W P PCM CM =10W=10WI ICmax Cmax =V=VCC CC /R/RL L=3.75A=3.75A I ICM CM =5A=5A2V2VCC CC =30V=30V V P PT1max T1max = = 0.2 P0.2 POmaxOmax I ICM CM I Ic1max c1max = = V VCC CC / / R RL LV V(BR)CEO (BR)CEO 2 2V VCCCC 双电源双电源 P PCM CM 0.2 P0.2 POmaxOmax I ICM CM I Ic1maxc1max = = (V(VCC CC /2)/2) / / R RL LV V(BR)CEO (BR)CEO 2 2 (V(VCC CC /2)/2) 单电源单电源= = 0.20.2 (V(VCC CC /2)/2) 2 2 / 2/ 2R RL L5.1 功率放大电路的一般问题功率放大电路的一般问题5.3 甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路*5.4 集成功率放大器集成功率放大器u 甲甲乙类双电源互补对称电路乙类双电源互补对称电路u 甲甲乙类单电源互补对称电路乙类单电源互补对称电路5.2 乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路 第五章 功率放大电路5.4 集成功放集成功放特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当工作可靠、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。连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM384：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V 集成功放集成功放 LM384管脚说明管脚说明:14 - 电源端（电源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）10、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6 - 输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地） 8 - 输出端输出端 （经（经500 电容接负载）电容接负载）)12345 678910111213141 - 接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13 - 空脚（空脚（NC）5.4 集成功放集成功放集成功放集成功放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500 -+ 0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦合大电容5.4 集成功放集成功放