《模擬電子線路》全套PPT課件

《模擬電子線路》全套PPT課件,模擬電子線路,模擬,電子線路,全套,PPT,課件 第第8章章 功率放大電路功率放大電路（1）了解功率放大電路的類型及特點。）了解功率放大電路的類型及特點。（2）了解功率放大電路最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率）了解功率放大電路最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率的分析方法。的分析方法。（3）掌握乙類推挽功率放大器的電路組成、工作）掌握乙類推挽功率放大器的電路組成、工作原理、分析方法和性能特點。原理、分析方法和性能特點。18.1 功率放大電路的特點與分類功率放大電路的特點與分類 一、特點一、特點(1)給負(fù)載提供足夠大的功率。給負(fù)載提供足夠大的功率。(3)非線性失真要小非線性失真要小。(2)能量轉(zhuǎn)換效率要高。能量轉(zhuǎn)換效率要高。以提供給負(fù)載足夠大的功率為主要目標(biāo)的放大器。以提供給負(fù)載足夠大的功率為主要目標(biāo)的放大器。(4)要考慮功放管的安全工作問題。要考慮功放管的安全工作問題。(5)采用圖解分析方法采用圖解分析方法。在在效效率率高高、非非線線性性失失真真小小、安安全全工工作作的的前前提提下下，向負(fù)載提供足夠大的功率。向負(fù)載提供足夠大的功率。2圖圖8.1功率放大電路的工作情況功率放大電路的工作情況(a)甲類甲類(導(dǎo)通角為導(dǎo)通角為180)非非線線性性失失真真小小，但但能量轉(zhuǎn)換效率太低。能量轉(zhuǎn)換效率太低。理想情況下理想情況下信號在一周內(nèi)變化，信號在一周內(nèi)變化，管子均導(dǎo)通。管子均導(dǎo)通。二、工作狀態(tài)分類二、工作狀態(tài)分類3(b)乙類乙類(導(dǎo)通角為導(dǎo)通角為90)圖圖8.1功率放大電路的工作情況功率放大電路的工作情況非非線線性性失失真真大大，但但能能量量轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換效效率率很很高高?？煽赏ㄍㄟ^過改改進進電電路結(jié)構(gòu)，減小非線性失真。路結(jié)構(gòu)，減小非線性失真。理想情況下理想情況下工作點工作點Q選在截止點，管子只選在截止點，管子只有半周有半周導(dǎo)通，另外半周截止。導(dǎo)通，另外半周截止。4(c)甲乙類甲乙類(導(dǎo)通角為導(dǎo)通角為90180)圖圖8.1功率放大電路的工作情況功率放大電路的工作情況可可克克服服交交越越失失真真，性性能能與乙類功放類似。與乙類功放類似。工作點工作點Q靠近截止點，管靠近截止點，管子半周以上子半周以上導(dǎo)通。導(dǎo)通。5(d)丙類丙類(導(dǎo)通角小于導(dǎo)通角小于90)圖圖8.1功率放大電路的工作情況功率放大電路的工作情況主主要要用用于于高高頻頻功功放放中中。進進一步提高能量轉(zhuǎn)換效率。一步提高能量轉(zhuǎn)換效率。工作點工作點Q選在截止點下面，選在截止點下面，信號導(dǎo)通信號導(dǎo)通角小于角小于906圖圖8.2(a)變壓器耦合單管甲類功放電路變壓器耦合單管甲類功放電路 8.2 甲類功率放大電路甲類功率放大電路一、電路一、電路變變壓壓器器耦耦合合，在在ICQ一一定定時時，通通過過調(diào)調(diào)整整變變壓壓比比，使使負(fù)負(fù)載載獲獲得得最最大大功率。功率。7圖圖8.2(b)變壓器耦合單管甲類功放電路的交、直流負(fù)載線變壓器耦合單管甲類功放電路的交、直流負(fù)載線 81.電源供出功率電源供出功率PEPE固固定定不不變變，與與交交流流信信號號的大小或有無均無關(guān)。的大小或有無均無關(guān)。二、功率與效率的計算二、功率與效率的計算9最佳負(fù)載情況下：最佳負(fù)載情況下：2.電路輸出功率電路輸出功率 PO103.管子功耗管子功耗PT 4.能量轉(zhuǎn)換效率能量轉(zhuǎn)換效率當(dāng)當(dāng)Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ時，效率達到最高時，效率達到最高11 8.3 互補推挽乙類功率放大電路互補推挽乙類功率放大電路OTL、OCL、BTL、變壓器耦合式等。變壓器耦合式等。OTL：Output transformerlessOCL：Output capacitorlessBTL：Balanced transformerless（橋式推挽電路）（橋式推挽電路）12圖圖8.3 互補推挽乙類功率放大電路的原理電路互補推挽乙類功率放大電路的原理電路8.3.1雙電源互補推挽乙類功率放大電路雙電源互補推挽乙類功率放大電路(OCL電路電路)一、電路結(jié)構(gòu)一、電路結(jié)構(gòu)及工作原理及工作原理 13二、二、功率與效率的計算功率與效率的計算圖圖8.4 互補推挽乙類功放的輸出特性互補推挽乙類功放的輸出特性14圖圖8.4 互補推挽乙類功放的輸出特性互補推挽乙類功放的輸出特性15圖圖8.4 互補推挽乙類功放的輸出特性互補推挽乙類功放的輸出特性161.輸出交流功率輸出交流功率PoV1、V2為半周工作，負(fù)載電流為為半周工作，負(fù)載電流為完整的正弦波完整的正弦波。17信信號號增增大大，Uom增增大大，電電壓壓利利用用率率也也增增大大。若若忽忽略集電極飽和電壓，則略集電極飽和電壓，則m=1，故，故令令 稱之為電壓利用系數(shù)，那么稱之為電壓利用系數(shù)，那么18當(dāng)當(dāng)信信號號為為零零時時，工工作作點點接接近近于于截截止止點點，ICQ=0，電電源源不不提提供供功功率率；而而隨隨著著信信號號的的增增大大，iC增增大大，電電源源提提供供的的功功率率也也將將隨隨之之增增大大。這這點點與與A類類功功放放有有本本質(zhì)質(zhì)的的差差別別。2.電源提供的功率電源提供的功率PE 19當(dāng)信號最大時，當(dāng)信號最大時，Uom(max)UCC，所以所以203.每管轉(zhuǎn)換能量的效率每管轉(zhuǎn)換能量的效率 當(dāng)信號最大，當(dāng)信號最大，=1時，效率達到最高：時，效率達到最高：乙類的效率遠(yuǎn)比甲類的高。乙類的效率遠(yuǎn)比甲類的高。信號越大，效率越高。信號越大，效率越高。214.每個管子損耗每個管子損耗PT可可見見，每每個個管管子子的的損損耗耗PT是是輸輸出出信信號號振振幅幅的的函函數(shù)數(shù)。將將PT對對Uom求導(dǎo)，可得出最大管耗求導(dǎo)，可得出最大管耗PTm。令。令22得出，當(dāng)?shù)贸?，?dāng) 時，每管的損耗最大時，每管的損耗最大 23三、三、功率管的選擇功率管的選擇 1.管子的擊穿電壓管子的擊穿電壓U(BR)CEO242.管子允許的最大電流管子允許的最大電流ICM253.管子允許的最大功耗管子允許的最大功耗PCM管子允許的最大功耗管子允許的最大功耗例如要求最大輸出功率為例如要求最大輸出功率為10W時則只要選用兩個額時則只要選用兩個額定管耗大于定管耗大于2W的管子就可以了。的管子就可以了。26四、四、乙類互補推挽功率放大電路的交越失真乙類互補推挽功率放大電路的交越失真圖圖8.6 交越失真交越失真27圖圖8.7消除交越失真的互補推挽電路消除交越失真的互補推挽電路28圖圖8.8 引入偏置后的合成轉(zhuǎn)移特性曲線及合成波形引入偏置后的合成轉(zhuǎn)移特性曲線及合成波形29（2）如果）如果輸輸入信號增加到能提供最大不失真的功入信號增加到能提供最大不失真的功率率輸輸出，求最大出，求最大輸輸出功率出功率電電源此源此時時提供的功率提供的功率每管的管耗每管的管耗（3）求每管的最大管耗）求每管的最大管耗 。例例8-1 OCL功放電路如圖功放電路如圖8.9所示，設(shè)晶體管的飽和所示，設(shè)晶體管的飽和壓降可以忽略。壓降可以忽略。（1）若）若輸輸入入電壓電壓有效有效值值，求，求輸輸出功率出功率 、電電源提供的功率源提供的功率、以及每管的管耗、以及每管的管耗；圖圖8.9 例例8-1圖圖30（1）（1）若）若輸輸入入電壓電壓有效有效值值求求輸輸出功率出功率 電電源提供的功率源提供的功率每管的管耗每管的管耗；31（2）如果）如果輸輸入信號增加到入信號增加到能提供最大不失真的功率能提供最大不失真的功率輸輸出，求最大出，求最大輸輸出功率出功率（2）電電源提供的功率源提供的功率每管的管耗每管的管耗32（3）338.3.2單電源互補推挽乙類功率放大電路單電源互補推挽乙類功率放大電路(OTL電路電路)圖圖8.10單電源互補推挽乙類功率放大電路單電源互補推挽乙類功率放大電路 OTL電電路的性能指路的性能指標(biāo)標(biāo)的的計計算公式與算公式與OCL電電路一致，只路一致，只需將公式中出需將公式中出現(xiàn)現(xiàn)的的 換成換成 即可。即可。34例例8-2 OTL電電路如路如圖圖8.11所示，已所示，已知知 ，,流過負(fù)載電阻的電流為流過負(fù)載電阻的電流為 ,求求（1）負(fù)載所獲得的功率）負(fù)載所獲得的功率（2）電源提供的平均功率）電源提供的平均功率（3）每管的管耗）每管的管耗圖圖8.11 例例8-2圖圖35（1）負(fù)載獲得功率）負(fù)載獲得功率（2）電源提供的平均功率）電源提供的平均功率（3）每管的管耗）每管的管耗 36例例8-3 如圖所示如圖所示OTL電路，其中兩個電路，其中兩個0.5V的電壓源是為的電壓源是為了克服交越失真。已知輸入電壓為正弦波，其最大有效了克服交越失真。已知輸入電壓為正弦波，其最大有效值值 Ui=10V；電容；電容C對交流信號可視為短路；三極管對交流信號可視為短路；三極管b-e之間的動態(tài)電壓可忽略不計。試求解輸出功率之間的動態(tài)電壓可忽略不計。試求解輸出功率Po及此時及此時的；電容的；電容C對交效率。對交效率。37解：,.38例例8-4 功放電路如圖所示。功放電路如圖所示。(1)指出電路中的反饋通路，并判斷反饋組態(tài)；指出電路中的反饋通路，并判斷反饋組態(tài)；(2)估算電路在深度負(fù)反饋時的閉環(huán)電壓增益；估算電路在深度負(fù)反饋時的閉環(huán)電壓增益；(3)設(shè)晶體管的飽和設(shè)晶體管的飽和壓降為壓降為0.5V，試求電，試求電路的最大輸出功率；路的最大輸出功率；(4)如要求輸出電壓如要求輸出電壓Uom=8V，試求輸入，試求輸入信號信號Uim。39解解:(1)100k、1 k電阻構(gòu)成了互補乙類功放電路和運放構(gòu)成的同電阻構(gòu)成了互補乙類功放電路和運放構(gòu)成的同相比例放大器之間的反饋通路。引入了級間電壓串聯(lián)負(fù)反饋。相比例放大器之間的反饋通路。引入了級間電壓串聯(lián)負(fù)反饋。(2)所以得所以得，根據(jù)，根據(jù)；(3)；。(4)因因為為，所以，所以408.4集成功率放大器集成功率放大器 OTL、OCL電路均有各種不同電壓增益的多種型號電路均有各種不同電壓增益的多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機的驅(qū)集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機的驅(qū)動方面。集成功放是在集成運算放大器的電壓互補輸出動方面。集成功放是在集成運算放大器的電壓互補輸出級后，加入互補功率輸出級而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率級后，加入互補功率輸出級而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率放大器實際上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大放大器實際上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大器。它的使用方法原則上與集成運算放大器相同。器。它的使用方法原則上與集成運算放大器相同。集成功放的優(yōu)點：集成功放的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小，內(nèi)部有各種保護電路。性失真較小，內(nèi)部有各種保護電路。41LM386內(nèi)內(nèi)部部電電路路第一級差分放大第一級差分放大電路（雙入單出）電路（雙入單出）第二級共射放大電路第二級共射放大電路（恒流源作有源負(fù)載）（恒流源作有源負(fù)載）第三級第三級OTL功放電路功放電路輸出端應(yīng)外輸出端應(yīng)外接輸出電容接輸出電容后再接負(fù)載。后再接負(fù)載。電阻電阻R6從輸出端連接到從輸出端連接到T4的發(fā)射極形成反饋通道，并與的發(fā)射極形成反饋通道，并與R4和和R5構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。42二、二、LM386的電壓放大倍數(shù)的電壓放大倍數(shù)1.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間開路時之間開路時433.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間對交流信號相當(dāng)于短路時之間對交流信號相當(dāng)于短路時Re24=R4=0.15K，Auf100 2.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間外接電阻之間外接電阻R時時Re24=0.15K+1.35K/1.2K0.79K，Auf19 44集成功放集成功放 LM386管腳說明管腳說明:LM386引腳圖引腳圖45集成功放集成功放 LM384 外部電路典型接法：外部電路典型接法：調(diào)節(jié)音量調(diào)節(jié)音量電源濾波電容電源濾波電容外接旁路電容外接旁路電容低通濾波低通濾波,去去除高頻噪聲除高頻噪聲輸入信號輸入信號輸出耦合大電容輸出耦合大電容46作作 業(yè)業(yè)8.28.847功率放大器也可稱為多級放大器的功率輸出級。功率放大器也可稱為多級放大器的功率輸出級。電壓放大器：電壓放大器：一般電壓放大器為小信號放大器；一般電壓放大器為小信號放大器；以獲得電壓增益為主；以獲得電壓增益為主；主要考慮通頻帶等參數(shù)；主要考慮通頻帶等參數(shù)；功率放大器：功率放大器：為大信號放大器（單級）；為大信號放大器（單級）；以獲得功率增益為主（大電壓大電流）；以獲得功率增益為主（大電壓大電流）；主要考慮輸出功率，非線性失真，安全保護等參數(shù)；主要考慮輸出功率，非線性失真，安全保護等參數(shù)；48幾種類型的比較幾種類型的比較甲類甲類：效率低，管耗較大（無信號時，有直流功耗：效率低，管耗較大（無信號時，有直流功耗 ICQ ）單管全波波形。）單管全波波形。乙類乙類：效率高，有非線性失真（交越失真），只有半：效率高，有非線性失真（交越失真），只有半波，需兩管推挽獲得全波波形。波，需兩管推挽獲得全波波形。甲乙類甲乙類：效率較高，分析同乙類，但可改善非線性失：效率較高，分析同乙類，但可改善非線性失真（真（Q點升高）。點升高）。丙類丙類：效率高，但需要濾波網(wǎng)絡(luò)方可取出基波波形。：效率高，但需要濾波網(wǎng)絡(luò)方可取出基波波形。4950