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第九章　 低频功率放大电路

第 9 章　 低频 功率 放大电路. 第九章　 低频功率放大电路. 9.1 低频 功率放大电路概述. 9.2 互补对称功率放大电路. 9.3 集成功率放大器. 第 9 章　低频 功率 放大电路. 9.1 低频功率放大电路概述. 9.1.1 分类. 多于半个周期 i C 存在. 半个周期 i C 存在. 整个周期 i C 存在. 图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图. 第 9 章　低频 功率 放大电路. 1. P omax 大 ， 三极管 极 限工作. 2. = P omax / P DC 要高.

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第九章　 低频功率放大电路

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  1. 第 9章　低频功率放大电路 第九章　 低频功率放大电路 9.1低频功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器

  2. 第 9章　低频功率放大电路 9.1 低频功率放大电路概述 9.1.1 分类 多于半个周期iC存在 半个周期iC存在 整个周期iC存在 图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图

  3. 第 9章　低频功率放大电路 1. Pomax 大，三极管极限工作 2. = Pomax / PDC要高 3.失真要小 9.1.2功率放大器的特点 9.1.3 提高输出功率的方法 1. 提高电源电压 2. 改善器件的散热条件 普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片时, 允许的最大功耗Pcm仅为1W,加了120mm×120 mm×4 mm的散热片后, 其Pcm可达到10 W。 在实际功率放大电路中,为了提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。

  4. 第 9章　低频功率放大电路 +UCC iC iC RB RL C1 Icm Q + uce = uo uCE O t O Ucem = = P i U I U DC C CC C CC 9.1.4 提高效率的方法 设“Q”设置在 交流负载线中点 IC UCC 图9-2 功放的图解法

  5. 第 9章　低频功率放大电路 iC Icm ICQ O  t 2 iC iC Icm iC iC ICQ ICQ Icm O O O t  2 t  2 t O uCE 一、改变功放管的工作状态 类型与效率 乙类( =  ) 甲乙类(<  < 2 ) 甲类( = 2 ) Q Q Q 图9-3 甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。 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小， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。

  6. 第 9章　低频功率放大电路 i C C P cm A B O M U u CC CE 当负载改变时,交流负载线的斜率也改变,输出的电流Icm也随之改变,输出功率也改变,故存在一个最佳负载线,图中MA即为最佳负载线 2. 选择最佳负载 图 9 – 4 最佳负载的确定

  7. 第 9章　低频功率放大电路 +UCC V1 + ui  + uo  RL V2 UEE 9.2 互补对称功率放大电路 (Output Capacitor Less) 9.2.1 双电源互补对称电路 (OCL电路) 一、电路组成及工作原理 ui = 0 V1 、 V2 截止 ui > 0 V1 导通 V2 截止 iC1 io = iE1 = iC1, uO = iC1RL ui < 0 V2 导通 V1 截止 io = iE2 = iC2, uO = iC2RL iC1 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。 图9-5 OCL功放电路 交越失真 输入信号幅度越小失真越明显。

  8. 第 9章　低频功率放大电路 +UCC V1 + ui  + uo  RL V2 2 - ( U U ) 2 1 U CC CE(sat) = » UEE CC P om 2 R 2 R L L 2. 指标计算 (1). 输出功率 图9-6 (2).效率 最大输出功率时： PDC = 2U 2CC / RL 实际约为 60%

  9. 第 9章　低频功率放大电路 +UCC V1 + ui  + uo  RL V2 UEE (3). 管耗 每只管子最大管耗为0.2Pom 选管原则 PCM > 0.2 Pom U(BR)CEO > 2UCC ICM > UCC / RL 图9-7

  10. 第 9章　低频功率放大电路 3. 存在问题 (1) 交越失真。 由于晶体管输入特性门限电压不为零,且电压、电流关系也不是线性关系,在输入电压很小时,输入基极电流很小,输出电流也十分小,此时存在一小段死区,使得输出电压与输入电压不存在线性关系,产生了失真,称为交越失真. 图9 – 8 互补对称功率放大电路的交越失真

  11. 第 9章　低频功率放大电路 +U + U +U CC CC CC R R R c c c V V V 1 1 1 R V R R R 1 D1 b b b R C V u u u 1 1 3 o o o V R D2 2 R R R V V V L L L 2 2 2 V V V 3 3 4 u u u i i i -U ­ U ­ U EE EE EE ( a ) ( b ) ( c ) 利用VD1和VD2的直流电压降给V1、V2提供所需偏压 利用V3管c、e极间直流电压降给V1、V2提供所需偏压 利用R1的直流电压降给V1、V2提供所需偏压 图9 – 9 克服交越失真的几种电路

  12. 第 9章　低频功率放大电路 V1 V2 (2) 用复合管组成互补对称电路 复合管(达林顿管) 目的：实现管子参数的配对，增大电流放大系数 (1 + 2 + 12) ib1 1 ib1 ic ib1 ib 2(1+1) ib1 ie (1 + 1)ib1  12 (1 + 1) (1 + 2) ib1 = (1 + 1 + 2+ 12) ib1 图9-10

  13. 第 9章　低频功率放大电路 V1 V1 V2 V2 V1 V2 V1 V2 NPN + NPN NPN PNP + NPN PNP PNP PNP + PNP NPN + PNP NPN 构成复合管的规则： 图9-11 1)串接点,电流连续; 2)并接点,总电流为两管电流算术和(都流入或都流出该节点)； 3)复合管类型与第一只管子相同.

  14. 第 9章　低频功率放大电路 V1 V2 练习：  V1 V2 图9-12 接有洩放电阻的复合管： ICEO1 2 ICEO1 减小 R 洩放 电阻 图9-13

  15. 第 9章　低频功率放大电路 图9-14中,要求V3和V4既要互补又要对称,这对于NPN和PNP型两种大功率管来说,一般是难以实现的 常见的由复合管组成的互补功率放大电路: 图9 – 14 复合管互补对称级

  16. 第 9章　低频功率放大电路 在图9-14中,选V3和V4是同一种型号的管子,通过复合管的接法来实现互补,这样组成的电路为准互补对称电路 图9 – 15 准互补对称电路

  17. 第 9章　低频功率放大电路 9.2.2 单电源互补对称电路 (OTL电路) (Output Transformer Less) C2容量很大.静态时,UA电位为1/2UCC,因C2的放电时间常数远大于输入信号周期,故C2上电压可视为恒定不变,因此C2上电压可代替一组电源. 图9-16 单电源互补对称电路

  18. 第 9章　低频功率放大电路 本节课小结: 功率放大电路与普通电压放大器之间最大不同之处概括起来有“三大两小”, 即: “三大” 1.电源电压大 2.末级功放管个头大(最大允许功率损耗PCM大) 3.功放管电流放大系数大 “两小” 1.功放管电流放大系数差别小(管子匹配) 2.非线性失真小

  19. 第 9章　低频功率放大电路 9.2.3 实际功率放大电路举例 图9 – 17 OCL准互补对称功率放大电路

  20. 第 9章　低频功率放大电路 图9-17为OCL准互补对称电路,它由输入级、中间级、输出级及偏置电路组成.输入级是由V1、V2和V3组成的单端输入、单端输出的共射组态恒流源式差动放大电路,并从V1的集电极处取出输出信号加至中间级.中间级是由V4、V5组成的共射组态放大电路, V5恒流源,作为V4的有源负载.输出级是由V7、V8、V9、V10组成的准互补对称电路,其中V7、V9为由NPN-PNP组成的NPN型复合管; V8、V10为由PNP-NPN组成的PNP型复合管,各管的电阻Re7、Re8、Re9、Re10的作用是改善温度特性.V6、Re4、Re5组成了UBE倍压电路,为输出级提供所需的静态工作点,以消除交越失真.由R1、VD1、VD2、V3、V5组成恒流源电路,R1、VD1、VD2提供基准电流,Rf、C1、Rb2构成交流串联电压负反馈,用以改善整个放大电路的性能.

  21. 第 9章　低频功率放大电路 用集成运放作为前置级的功率放大电路: 图9-18 集成运放作为前置级的OCL电路

  22. 第 9章　低频功率放大电路 9.3 集成功率放大器 9.3.1 内部电路组成简介 图 9-19 DG4100集成功放与外接元件总电路图

  23. 第 9章　低频功率放大电路 图 9 - 19 中虚线框内为DG4100系列单片集成功放内部电路。它由三级直接耦合放大电路和一级互补对称放大电路构成,并由单电源供电, 输入及输出均通过耦合电容与信号源和负载相连, 是OTL互补对称功率放大电路。因为反馈由输出端直接引至输入端, 且放大器的开环增益很高(三级电压放大), 整个放大电路为深度负反馈放大器, 所以, 放大器的闭环电压增益约为1/F, 即 当信号ui正半周输入时, V2输出也为正半周, 经两级中间放大后, V7输出仍为正半周, 因此V12、V13复合管导通, V8、V14管截止,在负载RL上获得正半周输出信号；当ui负半周输入时, 经过相应的放大过程, 在RL上取得负半周输出信号。 

  24. 第 9章　低频功率放大电路 9.3.2 DG4100集成功放的典型接线法 图9-20 DG4100集成功放的典型接线法

  25. 第 9章　低频功率放大电路 本章小结: OCL 电路和 OTL 电路的比较

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