《10第十講 功率輸出級電路》由會員分享，可在線閱讀，更多相關(guān)《10第十講 功率輸出級電路（32頁珍藏版）》請在裝配圖網(wǎng)上搜索。

1、4.4 4.4 功率輸出級電路功率輸出級電路 什么是功率放大電路：什么是功率放大電路：能夠向負載提供足夠信號功率的放大能夠向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱電路稱為功率放大電路，簡稱功放功放。功率放大電路與其他放大電路的區(qū)別：功率放大電路與其他放大電路的區(qū)別：從能量控制和轉(zhuǎn)換的從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度看，功率放大電路與其他放大電路在本質(zhì)上沒有根本的角度看，功率放大電路與其他放大電路在本質(zhì)上沒有根本的區(qū)別，只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追區(qū)別，只是功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡追求在

2、電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率?？赡艽蟮墓β省６?、二、 OCL、OTL互補推挽功率放大器互補推挽功率放大器 三、三、 MOS輸出級電路輸出級電路 一、一、 功率放大器的特點、指標(biāo)和分類功率放大器的特點、指標(biāo)和分類 四、四、 達林頓組態(tài)（復(fù)合管）達林頓組態(tài)（復(fù)合管）一、功率放大器的特點、指標(biāo)和分類一、功率放大器的特點、指標(biāo)和分類1.1.功放的任務(wù)及主要研究對象功放的任務(wù)及主要研究對象功放與電壓放大器的任務(wù)不同：功放與電壓放大器的任務(wù)不同：電壓放大器：電壓放大器： 電壓放大器為小信號放大器，以獲得電壓增益為主，電壓放大器為小信號放大器，以獲得電壓增益為主，主要研究對象是主要研究對象是電壓

3、增益電壓增益、輸入輸出電阻輸入輸出電阻等。等。功率放大器：功率放大器： 為大信號放大器，以獲得功率增益為主，主要研為大信號放大器，以獲得功率增益為主，主要研究的對象是究的對象是輸出功率輸出功率、效率效率和和失真失真等問題。等問題。2. 2. 功放的主要特點功放的主要特點 根據(jù)負載要求，提供所需的輸出功率。根據(jù)負載要求，提供所需的輸出功率。 一般直接驅(qū)動負載，帶載能力要強。一般直接驅(qū)動負載，帶載能力要強。 管子工作在接近極限狀態(tài)。管子工作在接近極限狀態(tài)。 工作于大信號狀態(tài)，屬于非線性電路，常用圖解法分析。工作于大信號狀態(tài)，屬于非線性電路，常用圖解法分析。要解決的主要問題：要解決的主要問題：提高效

4、率提高效率; ;減小失真減小失真; ;管子的保護管子的保護. .3.3.功放的主要技術(shù)指標(biāo)：功放的主要技術(shù)指標(biāo)：最大輸出功率最大輸出功率POmax: 轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率: 功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。在輸入為正弦波且輸出基本不失真的條件下，輸出功率是在輸入為正弦波且輸出基本不失真的條件下，輸出功率是交流功率，表達式為交流功率，表達式為PO=IOUO。最大輸出功率是在電路參。最大輸出功率是在電路參數(shù)確定的情況下，負載上可能獲得的最大交流功率。數(shù)確定的情況下，負載上可能獲得的最大交流功率。功放的輸出功率即負載吸收的功率都是由直流電源提供

5、的，功放的輸出功率即負載吸收的功率都是由直流電源提供的，希望電源提供的功率盡可能地轉(zhuǎn)換為交流輸出功率，而其希望電源提供的功率盡可能地轉(zhuǎn)換為交流輸出功率，而其他各種耗散功率應(yīng)盡可能的少。因此定義功放的轉(zhuǎn)換效率他各種耗散功率應(yīng)盡可能的少。因此定義功放的轉(zhuǎn)換效率為：為：率率直直流流電電源源提提供供的的平平均均功功率率輸輸出出交交流流信信號號的的平平均均功功 EOPP 4.4.功放工作狀態(tài)的分類功放工作狀態(tài)的分類：（：（P P117117）根據(jù)正弦輸入信號的整個周期內(nèi)功放管的導(dǎo)通情況，可分為：根據(jù)正弦輸入信號的整個周期內(nèi)功放管的導(dǎo)通情況，可分為：CCE乙乙 類（類（B類）類） ：甲甲 類（類（A類）：

6、類）：甲乙類（甲乙類（AB類）類） ：丙丙 類（類（C類）類） ：整個周期都導(dǎo)通，導(dǎo)通角整個周期都導(dǎo)通，導(dǎo)通角 =360；大于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角大于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角180 360；小于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角小于半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角 180。只有半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角只有半個周期導(dǎo)通，導(dǎo)通角 =180；甲甲 類類甲甲乙乙 類類丙丙 類類乙乙 類類甲類甲類乙類乙類甲乙類甲乙類丙類丙類CCEcCEceUcemIcm5.5.甲類放大器的轉(zhuǎn)換效率：甲類放大器的轉(zhuǎn)換效率：C1RbRCuiEC+- -uO+- -2maxcemcmOUIP 2) 2/(CCQEI 4/CCQEI EOPPmaxmax CC

7、QCCQEIEI4/ %25 甲類放大器的效率極低，最大只有甲類放大器的效率極低，最大只有25。6.6.功放提高效率的主要途徑：功放提高效率的主要途徑：靜態(tài)電流大是造成效率低的主要原因。靜態(tài)電流大是造成效率低的主要原因。提高效率的有效方法是：提高效率的有效方法是：但是電路工作在乙類或甲乙類狀但是電路工作在乙類或甲乙類狀態(tài)時，輸出信號有嚴重的失真。態(tài)時，輸出信號有嚴重的失真。主要矛盾：主要矛盾：效率和失真效率和失真解決方法：解決方法：減小靜態(tài)電流，使電路工作在乙減小靜態(tài)電流，使電路工作在乙類或甲乙類狀態(tài)。類或甲乙類狀態(tài)。采用互補推挽采用互補推挽功放電路。功放電路。互補推挽功率放大電路電路：（互補

8、對稱功率放大電路）互補推挽功率放大電路電路：（互補對稱功率放大電路）n 互補推挽功率放大電路是當(dāng)前最常用的功放電路形式?；パa推挽功率放大電路是當(dāng)前最常用的功放電路形式?；パa推挽功率放大電路的主要形式：互補推挽功率放大電路的主要形式：n 常用于分立器件功放和集成電路的功放級。常用于分立器件功放和集成電路的功放級。n OCL電路電路n OTL電路電路二、二、OCL互補推挽乙類功率放大器互補推挽乙類功率放大器1. 電路組成電路組成uiuOECEERL+ +- -V1V2單管組成射級輸出器。單管組成射級輸出器。靜態(tài)時，靜態(tài)時，V1、V2截止，截止，IE1=IE2 0，IRL=0，UE=0，輸出電壓輸出

9、電壓uO=0。0V2.2.工作原理：工作原理：UCE1=EC,UCE2=-=-EE; 兩個三極管在信號的正、負半兩個三極管在信號的正、負半 周輪流導(dǎo)通，使負載得到一個周輪流導(dǎo)通，使負載得到一個 完整的波形。完整的波形。uiuOECRL+ +- -V1uiuO- -EERL+ +- -V2uitiC1tiOtuOtiC2tiC1iC2忽略忽略BJT輸入特性的死區(qū)電壓，輸入特性的死區(qū)電壓，iOuiuOECEERL+ +- -V1V2iC1iC23.3.電壓傳輸特性和失真電壓傳輸特性和失真uOui死死區(qū)區(qū)跟跟隨隨區(qū)區(qū)跟跟隨隨區(qū)區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)飽飽和和區(qū)區(qū)- -ECEC0.5-0.5 （1 1）死區(qū)與交

10、越失真：）死區(qū)與交越失真：因因BJT存在死區(qū)，在存在死區(qū)，在|ui|EC時，兩管輪流進入飽和區(qū)，時，兩管輪流進入飽和區(qū)，輸出電壓會產(chǎn)生飽和失真。輸出電壓會產(chǎn)生飽和失真。iO4.4.克服交越失真的方法克服交越失真的方法在兩管的基極間增加偏置電路，在兩管的基極間增加偏置電路，為兩管在靜態(tài)時提供一個初始的為兩管在靜態(tài)時提供一個初始的偏置電壓，使其工作在甲乙類工偏置電壓，使其工作在甲乙類工作狀態(tài)，從而減小交越失真。作狀態(tài)，從而減小交越失真。uiuOEC- -EERL+ +- -V1V2RRVD1VD2+ +- -二極管偏置電路二極管偏置電路uiuOEC- -EERL+ +- -V1V2R1RC3V4+

11、 +- -R2V3Re3UBE擴大偏置電路擴大偏置電路5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算乙類互補推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2IC1IC2;21ECECCEEUEU , 021 CCII靜態(tài)分析靜態(tài)分析：, 021 BBUU021 BBII021 EERLIII0 EU05. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算乙類互補推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2動態(tài)分析動態(tài)分析：求解最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率求解最大輸出功率和轉(zhuǎn)換效率電源的平均功率電源的平均功率PE:CC1E2E1E2EIPPP 電路的轉(zhuǎn)換效率電路的轉(zhuǎn)換效率:EOPP L2om(max)omax

12、2RUP 在已知在已知RL的情況下，的情況下，先求最大先求最大輸出電壓的幅值輸出電壓的幅值UOm(max)求解輸出功率和效率求解輸出功率和效率的方法：的方法：最大輸最大輸出功率出功率:iC1iR1C1R1II EOmaxmaxPP 5. OCL乙類互補推挽功率放大器的分析估算乙類互補推挽功率放大器的分析估算uiECEERLV1V2最大輸出電壓的幅值最大輸出電壓的幅值UOm(max)和最大輸出功率和最大輸出功率POm(max)CESCOmUEU (max)最大不失真輸出功率：最大不失真輸出功率：LOmORUP2)(2maxmax LCRE22 LCESCRUE2)(2 ECUCES5. OCL乙

13、類互補推挽功率放大器的分析估算乙類互補推挽功率放大器的分析估算uiuORL+ +- -V1V2ic1 ic2uce1uce2交交流流通通路路)(21011tdiICC )(sinttdIOm )(sinttdRULOm )(sin201td tRUILOmC LOmRU 電源的平均功率電源的平均功率P PE E: :CC1E2EIP CLOmERU 2 電路的轉(zhuǎn)換效率電路的轉(zhuǎn)換效率: :LCOmLOmEOREURUPP /22/2 COmEU4 最大轉(zhuǎn)換效率最大轉(zhuǎn)換效率maxmax: :CCESCCOmEUEEU 44(max)max iC1tiC2tiOt4 理想情況下理想情況下%5 .78

14、 集電極平均電流集電極平均電流C1I和轉(zhuǎn)換效率和轉(zhuǎn)換效率6. 晶體管的極限參數(shù)晶體管的極限參數(shù):ICM 、 BUCEO、 PCM（1 1）集電極最大允許電流）集電極最大允許電流ICM ：maxCCMiI LOmOCRUii(max)maxmax uiuOECEERL+ +- -V1V2iC1iC2iOLCESCRUE 實際中應(yīng)留有實際中應(yīng)留有一定裕量一定裕量LCCMREI （2）反向擊穿電壓）反向擊穿電壓BUCEO ：當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時，另一只截止的管子承受最大反向電壓當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時，另一只截止的管子承受最大反向電壓:maxCECEOuBU CESCCEUEu 2max實際中應(yīng)留有實際

15、中應(yīng)留有一定裕量一定裕量CCEOEBU2 （3）集電極最大允許功耗）集電極最大允許功耗PCM：PCM取決于單管的最大平均管耗取決于單管的最大平均管耗PT1max：uiuOECEERL+ +- -V1V2iC1iC2iO什么時候管子的平均管耗最大呢？什么時候管子的平均管耗最大呢？ttRUtUE d sin) sin(21LOm 0 OmC 管子功耗與輸出電壓幅值的關(guān)系為管子功耗與輸出電壓幅值的關(guān)系為:)(211011tdiuPCCET )4(12OmOmCLUUER PT1對對UOm求導(dǎo)，并令其為求導(dǎo)，并令其為0，可得，可得COm 636. 02EEUC L22CT1max/ REP 將將UOm

16、代入代入PT1的表達式，可得的表達式，可得OmaxOmax2T1maxL2COmaxCES2 . 0220PPPREPU ，則則若若max1TCMPP max2 . 0OP uiuOECEERL+ +- -V1V2乙類乙類uiuOEC- -EERL+ +- -V1V2RRVD1VD2+ +- -甲乙類甲乙類maxmax12 . 0OTPP 以上計算公式同樣適用于甲乙類互補以上計算公式同樣適用于甲乙類互補推挽功率放大器。推挽功率放大器。CESCOmUEU (max)LomORUP22(max)max COmEU4 COmEU(max)max4 LomORUP22 imomUU 實際值實際值最大可

17、能值最大可能值歸納：歸納：OCL互補推挽功率放大器的指標(biāo)估算式：互補推挽功率放大器的指標(biāo)估算式：靜態(tài)時，靜態(tài)時，K點電位被調(diào)至點電位被調(diào)至EC/2，電容被電容被 充電到充電到EC/2。 若電容足夠大，則在有信號輸入時，若電容足夠大，則在有信號輸入時，可認為其上的電壓保持不變，即相當(dāng)可認為其上的電壓保持不變，即相當(dāng)于一個電壓為于一個電壓為EC/2的恒壓源。的恒壓源。uiuOECRL+ +- -V2V3RCVD1VD2+ +- -RReCR1R2V1K+ +- -EC/2 ui負半周，負半周，V2導(dǎo)通，而導(dǎo)通，而V3截止，截止，V2集電極回路的直流電源電壓為集電極回路的直流電源電壓為EC/2。 u

18、i正半周，正半周，V3導(dǎo)通，而導(dǎo)通，而V2截止，截止，V3導(dǎo)電時依靠電容上的電壓供電，導(dǎo)電時依靠電容上的電壓供電，V3集電極回路的直流電源電壓為集電極回路的直流電源電壓為- -EC/2。甲甲乙乙類類uO1uOEC/2RL+ +- -V2V3iC2iC3EC/2OTL電路的功率、管耗、效率都可用電路的功率、管耗、效率都可用OCL電路的公式來計算，但要注意電電路的公式來計算，但要注意電源電壓應(yīng)以源電壓應(yīng)以“EC/2”代入。代入。電路的性能指標(biāo)：電路的性能指標(biāo)： uiuOECEERL+ +- -V1V2LCESCORUEP2/2/2max）（如如： uiuOEC- -EERL+ +- -V1V2RR

19、VD1VD2+ +- -三、三、OTL互補推挽功放互補推挽功放OTL、OCL互補對稱功放的比較互補對稱功放的比較最大輸出最大輸出功率功率無輸出電容無輸出電容有輸出電容有輸出電容電容電容最大效率最大效率電源電源最大管耗最大管耗單電源單電源OTLOTL雙電源雙電源OCLOCL)2/(max)CESCOmUEU )(max)CESCOmUEU 2/4(max)CommEU CommEU(max)4 max(max)12 . 0OTPP max(max)12 . 0OTPP uiuOECRL+ +- -V2V3RCVD1VD2+ +- -RRCCR1R2V1uiuOECRL+ +- -V2V3RCVD

20、1VD2+ +- -RRCR1R2V1EE四、達林頓組態(tài)（復(fù)合管）四、達林頓組態(tài)（復(fù)合管） 達林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，組成一達林頓管又稱復(fù)合管。它將二只三極管適當(dāng)?shù)倪B接在一起，組成一只等效的新的三極管。這個等效三極管的放大倍數(shù)是二者之積。達林頓只等效的新的三極管。這個等效三極管的放大倍數(shù)是二者之積。達林頓組態(tài)常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。組態(tài)常用于功率放大器和穩(wěn)壓電源中。 1. 達林頓組態(tài)的四種連接方式：達林頓組態(tài)的四種連接方式：bcebcebcebce21 211)1 (bebeberrr 21 1beberr 同型同型NPN達達林頓組態(tài)林頓組態(tài)異型異型NPN達達林

21、頓組態(tài)林頓組態(tài)bcebecbce同型同型PNP達達林頓組態(tài)林頓組態(tài)異型異型PNP達達林頓組態(tài)林頓組態(tài)bec21 21 達林頓電路有四種接法：達林頓電路有四種接法：NPN+NPN，PNP+PNP，NPN+PNP,PNP+NPN 2 2、組成復(fù)合管的要求：、組成復(fù)合管的要求： 在三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證在三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級三極管的輸出電流與后級三極前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流實際方向一致。管的輸入電流實際方向一致。要求外部電極連接的節(jié)點處，外電要求外部電極連接的節(jié)點處，外電流必須為兩個電極電流之和，即后級流必須為兩個電極電流之和，即后級管子的發(fā)射極必須單獨接出。管子的發(fā)

22、射極必須單獨接出。復(fù)合管的管型與前一級三極管相同。復(fù)合管的管型與前一級三極管相同。bcebecbcebce例題：分析以下的接法是否正確？例題：分析以下的接法是否正確？bec錯誤錯誤錯誤錯誤正確（正確（NPN）正確（正確（NPN）bce實際的功率放大器（實際的功率放大器（1）R13uO+VCCVT2RLR2uiR1VT3R3R5R10VT1VT4R6R4R9R11R12R8R7OTL互補推挽音頻功率放大器互補推挽音頻功率放大器uO+VCCVT7RLRC1uiR1VT9RC4RFRC5VT4VT10Re7RC8Re4Re5Rb1Re10R2RC9Re3-VCCVT1VT2VT5VT6VT8VT3O

23、CL高保真準互補推挽功率放大器高保真準互補推挽功率放大器實際的功率放大器（實際的功率放大器（2）生產(chǎn)廠家：生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：電路形式：OTL輸出功率：輸出功率：8 負載上可得到負載上可得到5W功率功率集成功率放大器集成功率放大器LM384:) 1 2 3 4 5 6 78910 11 12 13 14 特點：特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負載提供一定的功率。部適當(dāng)連線，即可向負載提供一定的功率。引腳說明：引腳說明： 14 - 電源端（電源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）1

24、0、11、12 - 接地端（接地端（GND）2、6 - 輸入端（一般輸入端（一般2腳接地）腳接地） 8 - 輸出端（經(jīng)輸出端（經(jīng)500 電容接負載）電容接負載）1 - 接旁路電容（接旁路電容（5 ）9、13 - 空腳（空腳（NC）外外部部電電路路典典型型接接法法500 -+ 0.1 2.7 8146215 ECui8 7生產(chǎn)廠家：生產(chǎn)廠家：美國半導(dǎo)體器件公司美國半導(dǎo)體器件公司電路形式：電路形式：OTL輸出功率：輸出功率：8 負載上可得到負載上可得到5W功率功率集成功率放大器集成功率放大器LM384) 1 2 3 4 5 6 78910 11 12 13 14 調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)音量音量電源濾波電容電源濾

25、波電容外接旁路電容提高增益外接旁路電容提高增益校正網(wǎng)絡(luò)，進行相位補償校正網(wǎng)絡(luò)，進行相位補償輸入信號輸入信號輸出耦合輸出耦合大電容大電容特點：特點：工作可靠、使用方便。只需在器件外工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負載提供一定的功率。部適當(dāng)連線，即可向負載提供一定的功率。一、電流源電路一、電流源電路鏡像電流源：鏡像電流源：比例電流源：比例電流源：微電流源：微電流源：要求能識別電流源，估算要求能識別電流源，估算基準電流基準電流IR和輸出電流和輸出電流IO二、差動放大電路（重點）二、差動放大電路（重點）差放的結(jié)構(gòu)特點；差放的結(jié)構(gòu)特點；不同的輸入輸出方式下差模輸出電壓的估算。不同的輸入

26、輸出方式下差模輸出電壓的估算。Aud、 AuC 、KCMR 、 Rid、 ROd 的定義和估算；的定義和估算；差摸信號、共模信號、任模信號的概念；差摸信號、共模信號、任模信號的概念；工作原理；工作原理；三、功率輸出級電路（重點）三、功率輸出級電路（重點）功放的一般特點；功放的一般特點；交越失真的概念；交越失真的概念；掌握掌握OTL、OCL功放功放POmax、 max、 PT1max等的估算。等的估算。四、復(fù)合管四、復(fù)合管 組成復(fù)合管的要求；組成復(fù)合管的要求；復(fù)合管的參數(shù)及管型的確定。復(fù)合管的參數(shù)及管型的確定。;expTBESEUuIi ECii 21EEEEiiI 21iiiduuu RLRb

27、Rbui1 RCECRCui2- -EEIEErO+ +- -uOiE1iE2TBESTBESUuIUuI21expexp )exp1 (exp121TBEBETBESUuuUuI 21BEBEuu )exp1 (1TidEEEUuiI ;)exp1 (11TidEEECUuIii )exp1 (22TidEEECUuIii ;tanhxxxxeeeex 雙曲正切函數(shù)：雙曲正切函數(shù)：;2tanh2tanhxUuTid 22222tanhxxxxeeeex TidUux T1RLRbRbuO1u1 RCECRCui2T2uO2RR3R4- -EET3T4;213CEII ;213CECIII ;

28、343RCIRRI ERBERERIURI 44RRUEIBEER 例：求例：求T1、T2的集電極靜態(tài)電流的集電極靜態(tài)電流EEBERERIURI 44RI求電路的靜態(tài)工作點由恒流源入手。求電路的靜態(tài)工作點由恒流源入手。3CIEICIIBIBIC3IEIEIRIE4- -EEIC3rO五、有源負載差動放大器五、有源負載差動放大器RLui1 EECV1ui2- -EEIEErO+ +- -uO+ +- -+ +- -iC1iC2iC4iOV2V4V32/21idiiuuu );exp(1/1TidEECUuIi );exp1/(2TidEECUuIi 24CCOiii TidEEUuI2tanh

29、21CCii (當(dāng)當(dāng)|uid|UT時時)TidEEUuI2 idOmdudig TEEUI2 TEUI 說明：說明：采用鏡像電流源作為負載后，單端輸出和雙端輸出的傳采用鏡像電流源作為負載后，單端輸出和雙端輸出的傳輸跨導(dǎo)是相同的，此電路既可以將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸跨導(dǎo)是相同的，此電路既可以將雙端輸入轉(zhuǎn)換為單端輸出，又不降低電壓增益。輸出，又不降低電壓增益。LOudRiA LmRg 乙類互補對稱電路存在的問題乙類互補對稱電路存在的問題實際測試波形實際測試波形iB cbe 1iB(1+ 1)iB 2(1+ 1)iB(1+ 2) (1+ 1)iB( 1+ 2+ 1 2)iB(1+ 1+ 2+ 1 2)iBBCii 2121 21 bce cbee1be1crbe1erbe2+ +- -ubebeib b 1ib b 2(1+ 1)ib b(1+ 1)ib bbbebeiur 211)1 (bebeberrr bbebbebiriri211)1 (