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1、第六章功率放大电路 学时安排 2个学时 第六章功率放大电路 6 1功率放大电路的特殊问题6 2互补对称功率放大电路6 2 1双电源互补对称电路6 2 2复合互补对称电路6 2 3单电源互补对称电路6 3集成功率放大器简介 与电压放大电路相比较 重点分析 结构 功率 效率 实际应用 6 1功率放大电路的特殊问题 功率放大器的作用 用作多级放大电路输出级 实现从小信号到大信号的缓冲和转换 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 晶体管作用 能量转换 把电源提供的直流电能转化为由信号控制的输出交变电能 例1 扩音系统 6 1 1功率放大电路特点 1 输出功率要大 输出功率是指受信
2、号控制的输出交变电压和交变电流的乘积 即负载所得到的功率 要求功放管输出大电流和电压 功放管工作在接近极限状态 选择功放管要考虑极限参数 ICM UCEM PCM 2 效率要高 效率 Efficiency 是指负载得到的信号功率与电源供给的直流功率之比 为定量反映放大电路效率的高低 引入参数 它的定义为 Po 负载上得到的交流信号功率 PE 电源提供的直流功率 直流电源提供的能量 一部分转换为负载的有用功率 另一部分则消耗在功放管上 提高效率可以在相同输出功率的条件下 减小能量损耗 降低成本 因此 要求转换效率高 3 尽量减少失真 功率放大器要研究的主要问题是 在不超过晶体管的极限参数条件下
3、如何获得尽可能大的输出功率 尽可能小的失真和尽可能高的效率 原因 功率放大电路的工作电流和电压要超过特性曲线的线性范围 甚至接近于晶体管的饱和区和截止区 造成非线性失真较严重 6 1 2功放管的工作状态 功放的输出功率 转换效率和非线性失真等性能均与放大管的工作状态有关 甲类 静态工作点Q设置在特性曲线的中点处 在信号的全周期中 放大器都处于导通状态 根据放大管静态工作点Q在特性曲线中的位置可分为三种工作状态 甲类 乙类 甲乙类 乙类 静态工作点Q设置在特性曲线的IC 0处 放大器只在信号的半周期处于导通状态 甲乙类 静态工作点Q设置在特性曲线的IC 0而IC 0处 放大器在信号的半个周期以上
4、处于导通状态 分析 1 甲类工作时无线性失真 但是在无输入信号时Q电流较大 电源仍供给功率 ICQ 0 这些功率消耗在功放管上 因而效率较低 2 如果采用乙类工作状态 使晶体管静态工作电流为零 这样 在无信号输入时 晶体管就不消耗功率 于是效率就得以提高 而且输出功率大 但是输出波形将被削去一半 产生严重非线性失真 6 2互补对称的功率放大器 互补对称 电路中采用两支晶体管 NPN PNP各一支 两管特性一致 类型 OCL OutputCapacitorLess OTL OutputTransformerLess 6 2 1互补对称双电源功率放大器 OCL 一 电路的结构特点 1 由NPN型
5、PNP型晶体管构成两个对称的射极输出器对接而成 晶体管的参数相同 2 双电源供电 3 输入输出端不加隔直电容 采用直接耦合方式 二 工作原理 静态分析 ui 0V T1 T2均不工作 uo 0V 动态分析 设ui为正弦波 ui 0V T1导通 T2截止 iL ic1 ui 0V T1截止 T2导通 iL ic2 T1 T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式 称为乙类放大 OCL放大的输入输出波形关系 死区电压 交越失真 输入信号ui在过零前后 输出信号出现的失真便为交越失真 消除失真的方法 设置合适的静态工作点 就是避开死区电压 使每一晶体管处于微导通状态 当输入信号一旦加入 晶体管立即进入
6、线性放大区 从而消除了交越失真 使T1和T2工作在甲乙类 如何克服交越失真 OCL放大电路的特点 1 结构特点 3个 2 工作特点 1 属于乙类放大工作状态 2 存在交越失真 二 输出功率及效率的计算 1 输出功率Po 最大输出功率Pom 当不考虑饱和压降Uces时 管子是在大信号下工作 必须用图解法分析 两个电源提供的总功率为 每个电源中的电流为半个正弦波 其平均值为 效率 在不考虑饱和压降Uces的情况下 当Ucem UCC时 2 效率 功率PT 在不考虑饱和压降Uces的情况下 当Ucem 0 636UCC时 3 功率管的选择 当输出功率最大时 一 特点 6 2 3互补对称单电源功率放大
7、器 OTL 静态时 T1 T2两管发射结电位分别为二极管D1 D2的正向导通压降 致使两管均处于微弱导通状态 1 由NPN型 PNP型晶体管构成两个对称的射极输出器对接而成 晶体管的参数相同 2 单电源供电 4 放大形式属于甲乙类放大 3 输出端采用阻容耦合方式 6 2 2复合管组成互补对称电路 存在的问题 大功率输出极的工作电流大 而一般大功率管的电流放大系数都较小 解决办法 采用 复合管 设有两只晶体管 把前一只管的集电极或发射极接到下一只管的基极 这种连接所形成的晶体管组合称为复合管 增加复合管的目的是 扩大电流的驱动能力 复合管的构成方式 组成复合管的原则 必须保证每只管各电极的电流都
8、能顺着各个管处于放大状态时电流流动 否则是错误的 6 3集成功率放大器简介 目前集成功放电路已大量涌现 其内部电路一般均为OTL或OCL电路 集成功放除了具有分立元件OTL或OCL电路的优点 还具有体积小 工作稳定可靠 使用方便等优点 因而获得了广泛的应用 是一种低电压通用型低频集成功放 该电路功耗低 允许的电源电压范围宽 通频带宽 外接元件少 广泛用于收录音机 对讲机 电视伴音等系统中 集成功放LM384 生产厂家 美国半导体器件公司 电路形式 OTL 集成运放内部的功率放大器 集成功放LM384管脚说明 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
9、除高频噪声 输入信号 输出耦合大电容 1 互补输出级采用共集形式是为了使 A 电压放大倍数大B 不失真输出电压大C 带负载能力强2 为增大电压放大倍数 集成运放的中间级多采用 A 共射放大电路B 共集放大电路C 共基放大电路3 在直接耦合的多级放大集成电路中 几乎以电路作为输入级 A 共集电极放大电路B 共发射极放大电路C 共基极电路D 差动共集放大电路4 功率放大电路的转换效率是指 乙类功率放大电路的最大转换效率是 A 输出功率与晶体管所消耗的功率之比B 最大输出功率与电源提供的平均功率之比C 晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比D 输出功率与电源提供的平均功率之比5 在OCL乙类功放电路中 若最大输出功率为1W 则电路中功放管的集电极最大功耗约为 A 1WB 0 5WC 0 2W6 关于OTL和OCL 下列说法错误的是 A 都有PNP和NPN晶体管B 两者的工作状态不同C 两者的耦合方式相同D 两者的电源供电形式相同
