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1、第七章 功率放大电路,国家级精品课程,模拟电子技术基础教程编写组,第七章 功率放大电路,7.1 功率放大电路的一般问题7.2 互补推挽功率放大电路 7.3 丁类音频功率放大器7.集成功率放大器7.5 功率器件,7.1 功率放大电路的一般问题,例：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。,放大器方框图如下：,由电压放大电路组成，不失真地 提高信号电压幅度,保证信号失真在允许范围，提高输出功率，以驱动负载,7.1 功率放大电路的一般问题,（1）Pom大(Uom,Iom)。（2）管子工作于极限状态PCM、ICM、UBR(CEO)（
2、3）电路工作于大信号图解法分析。（4）高，失真小。,一、功率放大电路的主要特点,负载上有用信号功率。,电源输出功率。,二、提高效率途径,甲乙类放大半个周期以上有电流。,既降Q又不失真：采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器。,甲类放大整个周期内均有电流。失真小，低,乙类放大半个周期导通有电流。失真大，高,7.2 互补推挽功率放大电路,OTL:Output TransformerLess,OCL:Output CapacitorLess,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：,7.2.1 乙类互补对称功率放大电路,一、电路结构特点,1.由NPN型、PNP型三
3、极管构成两个对称的射极输出器对接而成。,2.双电源供电。,3.输出端不加隔直电容（OCL）。,动态分析：,ui 0V,T1截止，T2导通,ui 0V,T1导通，T2截止,iL=ic1;,iL=ic2,T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作，为乙类放大。,静态分析：,ui=0V T1、T2均不工作 uo=0V,二、电路工作原理,三、分析计算,静态Q：,UCE1=VCC,UCE2=-VCC,IC1=IC2=0,动态：,（1）交流负载线斜率为-1/RL,为分析方便，如图曲线倒置成Q点重合,负载斜率相等且都通过Q点，那么合成的负载线成图示的一条直线。,（2）Uom=Ucem=Uim Iom=Icm=
4、Uom/RL,（3）Uom(max)=Ucem(max)=VCC Uces VCC,参数估算,(1)输出功率Po：,最大不失真输出功率为：,(2)直流电源供给功率PV:,(3)效率:,(4)管耗：,两管管耗,最大管耗,此时,总结：,归一化曲线图(动画),四、晶体管选择：,(1)PCM 0.2Pomax;,(2)|U(BR)CEO2VCC；,(3)ICMVCC/RL,设，计算：（1）若输入信号有效值为10V，求电路的Po、PV和效率及单管管耗。（2）若，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。（3）求每个管子的极限参数。（4）若，且输入幅值足够大，求负载可能得到的最大功率和效率。,例7
5、.2.1 乙类OCL参数估算,解：,（1）,例7.2.1 乙类OCL参数估算,解：,（2）,例7.2.1 乙类OCL参数估算,（3）,解：,（4）,例7.2.1 乙类OCL参数估算,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。,五、交越失真,一、克服交越失真电路中增加 R1、D1、D2、R2支路。,静态时:T1、T2均处于微弱导通状态；,动态时：设ui 加正弦信号 正半周 T2 截止，T1 导通；负半周T1截止，T2 导通。,7.2.2 甲乙类互补对称功率放大电路,D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。,二、UBE电压倍增电路,合理选择R1、R2大小
6、，B1、B2间便可得到 UBE 任意倍数的电压。,图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I IB，则,7.2.3 准互补对称功率放大电路,1.增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。,2.复合管的构成方式：,方式一：,一、复合管,1 2,晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。,方式二：,复合管的几种接法,T1：电压推动级,T2、R1、R2：UBE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。,二、准互补对称功率放大电路,第4级：互补对称射极跟随器,第3级：单管放大器,集成运放内部的功率放大器,7.2.4 单电源互补对
7、称功率放大电路,一、特点,1.单电源供电；,2.输出加有大电容。,二、静态分析,则 T1、T2 特性对称，,令：,三、动态分析,设输入端在 0.5 VCC直流电平基础上加入正弦信号。,若输出电容足够大，UC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；,四、输出功率及效率,若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：,实用OTL互补输出功放电路,调节R,使静态UAQ=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。,7.丁类音频功率放大
8、器,丁类功放：放大元件处于开关工作状态。无信号输入时截止；有信号输入时饱和。优点：效率高，发热少。适用于电池供电的便携式电子设备及大功率电子设备中，提供音频功率，也称音频放大器，或称数字音频放大器,7.丁类音频功率放大器,PWM调制器：将模拟音频信号变成一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。开关输出级：把调制器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。低通滤波器：将大功率PWM波形中的音频信号还原出来。,一、电路组成,7.丁类音频功率放大器,二、工作原理,7.丁类音频功率放大器,（）效率高：理想情况下可达100。导通：电流很大但压降很小；截止：承受的压降很大但电流很小。无论导通还是截止
9、，管耗均很小。（2）失真小原始音频信号的信息包含在脉冲信号的宽度中（非幅度；放大过程中脉冲信号幅度上的失真并不会使原始音频信号产生失真。,三、特点,.4 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。,7.4.1 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）
10、,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,.4 集成功率放大器,7.4.2 集成音频放大器MAX9712：,生产厂家：MAXIM公司,电路形式：丁类音频放大器,输出功率：8负载上可得到500mW功率,效率：高于85,音频放大器MAX9712管脚说明:,1-电源端（VDD）,4-接地端（GND）,2、3 同、反相 输入端,8、-输出端,-关断输入,10、7-H桥电源和功率地,-频率选择及外部时钟输入,两个MAX9712可组成立体声放大器,使两个器件的开关频率同步,主器件,从器件,本章
11、小结,（1）在电源电压确定的情况下，功放的组成原则是在失真允许的范围内尽可能地提高输出功率和转换效率。（2）由于功放管工作在大信号极限状态，通常采用图解法分析（3）低频功放管常见的工作状态有甲类、乙类、甲乙类。其中乙类的转换效率高。为进一步提高效率，还可使功放管工作于丁类放大状态。,本章小结,（4）乙类OCL的参数估算：,本章小结,（5）乙类OCL的功放管的选择：,PCM 0.2Pomax;,U(BR)CEO2VCC；,ICMVCC/RL,本章小结,（6）乙类的OCL电路存在交越失真，可使管子工作在甲乙类（尽量接近乙类），但参数估算仍按乙类的有关公式。（7）OTL电路参数估算需将乙类OCL的公式中所有VCC用0.5VCC代替。（8）丁类放大器效率高，发热少，特别适合用于电池供电的便携式电子设备及大功率电子设备中，用于放大音频信号。,本章小结,（9）集成功率放大器具有失真度小、效率高、功能齐全、有保护功能，外接元件少、易于安装使用等特点，在音响设备、电视设备及自动控制设备中得到了广泛的应用。（10）在集成功放日益发展的同时，大功率器件也发展迅速。功率BJT、MOSFET和IGBT等均是常用的大功率器件，它们具有不同的特点和应用场合，使用时也要注意散热和保护与工作原理,
