模电第3版电子教案第7章课件

7.3 甲乙类互补对称功率放大电路
7.3.1 实用的甲乙类双电源互补对称功 率放大电路
7.3.2 甲乙类单电源对称功率放大电路
交越失真
7.3.1 实用的甲乙类双电源互补对称功放电路
一、交越失真的问题
T1 +VCC
+ ui
T2
+ RL uo
VEE
交越失真
1. 问题： 当输入电压小于阈值电压Uon时，三 极管截止，引起 交越失真。
二、D2006集成功放的典型应用
1. 双电源应用电路
泄放感性负载的自
消除电感源应电压 R3为平衡电高阻频干扰
Auf
1
R1 R2
33.4
电压串联负反馈
高频校正网络, 抑制高频自激
2. 单电源应用电路 退耦电容，消除电源的低频和高频干扰
VCC/2
输出电 容
3. BTL应用电路 BTL (Balanced Transformerless) — 平衡式无输出变压器
（2）U(BR)CEO ： U(BR)CEO 2VCC= 40 V
选管时要留有 余地，即提高
（3） ICM ：
50% ~ 100%。
ICM VCC / RL= 20 / 8 = 2.5 (A)
教学要求: 掌握 Po、 PV的公式，再根据Uom或Uo(max)=VCC
–UCE(sat) VCC条件代入计算，并求取 PT、和。
+ ui
T2
+VCC
+ RL uo
VEE
[例 7.2.1] 乙类双电源互补对称功放电路，已知 VCC = ± 20 V，RL = 8 ，求对功率管参数的要求。
[解]（1）最大输出功率Po(max)：
Po(max)
V
2 C
C
2RL
202 28
25
(W)
PCM 0.2Po(max) 0.2 25 5 (W)
UomVCC
U
2 om
RL 4RL
当输出电压幅值为Uom(max) VCC时,
PT1
PT2
V
2 CC
RL
4
= 0.137 Po(max)
令 dPT1 VCC Uom 0 dUom RL 2RL
Uom
2VCC
= 0.6VCC时管耗最大，即：
PT(m a x)
V
2 CC
2 RL
Po(max)
7.3.2 甲乙类单电源对称功率放大电路 — OTL电路(Output Transformerless )
一、电路和工作原理
Rb1 ++
ui Rb2
Rc
+VCC
T1
V4
+C
V5 K T2 RL
+
uo
+
Re Ce
–VEE
电容 C 的作用： (1) 充当 VCC / 2 电源 (2) 耦合交流信号
电流有效值：
Io
U om RL
2 17.9 1.58(A) 8 1.41
电源功率：PV = 2VCCUom/R’L=22219/3.14 8.5=31.3(W)
管耗： 效率：
PT1
η
PT2
Po(max)
122(0PV6P3o.9)%=0.5(31.3
–21.24)
=
5.03
(W)
PV 31.3
uo1
(
R7
R8
R6 R'S
u'S
R8)uo1R 'Rs 7RR8R7 /8/
R8 R6 ( R7
R7 R8
R8
)
7.5 功率放大电路应用举例
一、直流伺服电机控制电路
电压放大
速电器机与功M主率通管放过风大减门
和RP2同轴相连
D1、D2 将电机 自感电势通过电
源加给T 的UCE 限制为0.7V。
2. 克服交越失真的其它电路
T3 T4
实际 电路
T1
B1
T1
Rt
T2
B2
T2
T Rt UB1B2
+VCC
R
R3
R1
T1
R2
T3
T2
UCE3
UBE3 R2
( R1
R2 )
+VCC
T3 T4
+ ui
T5
T1
+
RL T2
uo
VEE
T3
R*1
T1
R2
T4
T2 RL
+ uo
R4
VEE
三、用复合管组成互补对称功率放大电路
1 (VCC)2 2 RL
+ ui
+
RL uo
T2
VEE
二、直流电源供给功率 PV
ICAV
2iC1
2 2
0
Icm
sin t
d( t)
Icm
Uom RL
PV = ICAVVCC = 2VCCUom/RL
三、每只管子平均管耗 PT 和最大管耗PT (max)
1 PT1 PT2 2 (PV Po )
一、为什么管耗受限？ 管耗： PC = UCE IC UCE主要降在反偏的集电结上，因集电结电阻大，发热引起 温升，超过最高允许结温 TjM 时，管子损坏。
二、加散热器能提高管耗 加散热器能降低结温提高管耗。 例如：3AD50 ，不加散热器，极限管耗 PCM =1 W 加120 120 4mm3散热板，极限管耗 PCM =10 W
ICEO1
2 ICEO1
T2 减小 R
接有泻放电阻的复合管：
T1 T2
NPN + NPN
NPN
T1 T2
PNP + PNP
PNP
T2 T1
T1 T2
NPN + PNP NPN PNP + NPN PNP 构成复合管的规则：
1) b1 为 b，c1 或 e1 接 b2 ， c2、e2 为 c 或 e； 2) 应保证发射结正偏，集电结反偏； 3) 复合管类型与第一只管子相同。
当 ui = 0 时，
UK VCC / 2
UC VCC / 2
当 ui > 0 时, T2 导通，C 放电， T2 的等效电源电压 0.5VCC。 当 ui < 0 时, T1导通，C 充电， T1 的等效电源电压 + 0.5VCC。
电位最高提
二、采用自举电路升提到高3V正CC/半2 周输出电压幅度
max Pomax / PDC 25 %
类型与效率
四、放大电路的工作状态
iC
IC
Icm
O 2 t 甲类( 2 )
iC
iC
IC
O
Icm 2
乙类( )
iC
iC
IC
Icm
t O 2 t
甲乙类( < < 2 )
Q
O
tO
Q Q uCE
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。
三、散热器类型
齿轮形
指状形
板条形
四、管子在某一温度（T2）下所能承受的最大管耗
不能马上建立，使负载有 冲击电流。可在电源上加 延时装置使电源缓慢上升。
7.4 集成功率放大器
一、D2006集成功率放大器简介
外形
组成：差分输入级、中间电压放大级、恒流 源偏置电路、甲乙类互补对称功放输出级、 短路和过热保护电路。
D2006
12345
主要参数： 输入阻抗 Ri = 5 M 开环电压增益Auo= 75 dB = 5623 倍 电源电压 6 ~ 15 V 输出功率 Po = 8 W 、12 W (RL= 8 、4 )
甲乙类工作状态失真大， 静态电流小 ，管耗小，效率较高。
7.2 乙类互补对称功率放大电路
7.2.1 双电源基本互补对称功率放大 电路(OCL)及其工作原理
7.2.2 乙类双电源对称功率放大电路 功率参数分析计算
7.2.1 双电源基本互补对称功放电路OCL及工作原理 ( OCL — Output Capacitorless )
复合管(达林顿管)的目的：实现管子参数的配对
(1 + 2 + 12) iB1
iB1
1 iB1
T1
2(1+1) iB1
iC iB
iE 1 2
T2
(1 + 1) iB1
rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe2
T1
(1 + 1) (1 + 2) B1 = (1 + 1 + 2+ 12) iB1
泻放 电阻
2. 克服交越失真的思路： iC
IC1
IC2 O
t
输入信号幅度越小越明显
T1、T2有一段共同导通的时间， 流过负载的电流不失真。
二、减少交越失真的措施
1. 利用二极管和电位器产生偏置电压：
R1 IB1
+
D1
UB1B2
D2
–
IB2
+ ui
T3 R2
+VCC T1 IE1
IE+u2 o RL T2
VEE
4. 效率 = Pomax / PDC 要高。性能分析以功率、管耗、
效率为主。
三、共发射极放大电路的效率问题
设“Q”设置在
RB C1+
+VCC RL
uce = uo
iC Icm
交流负载线中点
iC
Q IC
O
tO
uCE VCC
Pomax
Ic Uce
1 2
IcmU cem
S
Ucem
PDC iC VCC I CVCC 4S
构成思路：
互补对称 uo1 RL – uo2 互补对称
功放电路
功放电路
Po
1 [Uom1 (Uom2)]2
2
RL
4
1
Uo
2 m1
2 RL
获得一个电路输出功率的四倍
BTL功放电路
uo1
(1
R3 R2
)ui
33.4ui
用戴维南定理，将A2 的输入等效为内阻为R’S的电压源u’S ，
u'S uo2
自举
G
R9
电容
C2
问题：T2、 T4导通时, 最大输出电压受到
Rc1上压降的限制。
解决：加自举电容， 随信号增大同是提高 有效电源电压。
三、OCL和OTL的比较
电源 信号 频率响应 电路结构
OCL 双电源 交、直流
好 较简单
OTL 单电源
交流 fL 取决于输出耦合电容 C
较复杂
Pomax
1
U2 om(max )
[解]
P'o(maR7
(22 3)2 2 8.5
21.24 (W)
RL最大功率： Po(max) 电压幅值： Uom (VCC
Po(max) UCES
RL 21.24
RL )
RRL 7
19
RL R7
8 8.5 8 8.5
20(W) 17.9(V)
一、电路组成及工作原理
+VCC T1
ie1
+
+
ui
ie1RL
uo
T2
VEE
两只管子交替导通， 称互补对称
ui = 0 T1 、 T2 截止 IB、IC、UCE 均为 0
ui > 0 T1 导通 T2 截止
io = ie1 = （1+ ）ib1
uo = ie1RL
ui < 0 T2 导通 T1 截止
io = ie2 = （1+ ）ib2
UB1B2 给 T1、T2 提供静态电压。
当 ui = 0 时，T1、T2 微导通； IB1= – IB2， IE1= – IE2， IL= 0
当 ui < 0 ( 至 )， T1 微导通 充分导通 微导通； T2微导通 截止 微导通。
当 ui > 0 ( 至 )， T2 微导通 充分导通 微导通； T1 微导通 截止 微导通。
1
V
2 CC
2 RL
PT(max)
2 2
Pom
0.2Po(max)
四、效率
η Po Uom
PV
4 VCC
Po
1 2
U
2 om
/
RL ,
PV = 2VCCUom / RL
当输出电压幅值为Uom(max) VCC时,
max
4
78.5%
五、功率管选择条件
实际约为 60%
T1
PCM 0.2 Pom U(BR)CEO 2VCC ICM VCC / RL
1
V
2 CC
1 Uom (max) 2
1
V
2 CC
2 RL
2 RL 2 RL
8 RL
四、电路的调试方法
调试步骤： • 调 RP1使 UK = VCC / 2。 • 调 RP2使消除交越失真。 • RP1、 RP2反复调节至满意。 • 用固定电阻取代电位器。
注意事项： • 不能使D1、D2支路断开。 • 开机后，输出电容上电压
uo = ie2RL
二、图解分析
最大输出电压幅值： Uom(max)= VCC–UCE(sat)
VCC
7.2.2 乙类双电源对称功放电路功率参数分析计算
一、输出功率 Po
T1 +VCC
Po Uo Io
1 2
Ucem
1 2
Icm
1 2
U
2 om
/
RL
最大输出功率：
Po(max)
(VCC
UCE(sat))2 2RL
手动 调节
伺服 电机
若U1 U2 U’o > 0，T1导通，M正转，风量加大 、U2，直至U1= U2； U’o < 0，T2导通， M反转，风门关小 、U2 直至U1= U2 。
二、话筒音量放大电路
电容话筒 源极输出器 阻抗很高 将高阻抗变低阻抗
反相比例放大 （单电源）
7.6 功率管的散热问题
四、实用电路举例分析
前置放大级的作用： (1) 放大输入电压到足够幅度； (2) 给功放级提供克服交越失真
的静态电压UB1B2。
四、实用电路举例分析
泻放 电阻
NPN
PNP
静态时UK=0， 可调节RP1实现。 K点向前置级引 电压并电联流负负反反馈馈，， 改善性改能善。高频能
够放级性能
[例 7.3.1] 不考虑前置级的影响，已知T2、T5的UCES = 3V，求负 载最大功率、电压幅值、电流、电源功率、管耗、效率。
第7章 功率放大电路
7.1 功率放大电路的特殊问题
7.1 功率放大电路的特殊问题
一、功率放大的任务
输出足够大的功率去驱动负载（扬声器、伺服电机等）。
二、功率放大的特殊问题
1. 输出电压、电流幅度大，三极管尽限工作。 2. 管子接近饱和或截止，输出有一定非线性失真。 3. 需加散热器，以提高管子承受较大管耗。