电子技术基础第4章多极放大电路

输出最大功率
PEm ax
2U
2 CC
πRL
直流电源供给的最大总功率
Po m ax
U CC 2 2 R L
效率为
Pomax 78.5% PEmax 4
交流负载电阻
2
RL
Baidu Nhomakorabea
N1 N2
RL
N1为B2原边绕组总匝数的一半，N2为B2副绕组匝数
电路的总效率应为 η=ηT·ηC，
式中ηT为变压器效率，ηC为放大电路的效率。
功率放大—信号不失真或轻度失真的条件下提高输出功率，通常工作在 大信号状态。在前级电压放大基础上, 再乙类放大，为负载
提供足够的输出功率
2. 分析方法： 电压放大— 采用微变等效电路法和图解法 功率放大— 图解法
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Chap7 退出
实例—典型的收音机电路
变频
低放 中放
功放
Po=30mW
由TDA2030构成的OCL电路
0.1F C3
+UCC D1
1F
1
5
ui C1
22kΩ
R1
TDA2030 4
2 3
R4 1Ω
680Ω R2
22F
C2 0.1F
C4
D2
R3
0.22F C5 RL
22kΩ
－UCC
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Cha2p1
TDA2030-OTL电路
D1
1
5
TDA2030 4
2 3
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第4章 多级放大电路
成都理工大学工程技术学院 自动化工程系 雷永锋 2013
Chap1
第4章 多级放大电路
4.1 多级放大电路的耦合方式 4.2 阻容耦合放大电路 4.3 功率放大电路 4.4 直接耦合放大电路 4.5 差动式放大电路
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Chap2
4.1 多级放大电路的耦合方式
在多级放大电路中，每两个单级放大电路之间的连接方式叫耦合。实现耦合的电路称 为级间耦合电路，其任务是将前级信号传送到后级。
对级间耦合电路的基本要求： ①级间耦合电路对前、后级放大电路静态工作点不产生影响。 ②级间耦合电路不会引起信号失真。 ③尽量减少信号电压在耦合电路上的压降。
⑴ 阻容耦合: 在多级放大电路中，用电阻、电容耦合的称为阻容耦合。 ⑵ 变压器耦合:用变压器构成级间耦合电路的称为变压器耦合。 ⑶ 直接耦合: 直接耦合方式就是级间不需要耦合元件。
在求单级放大电路的放大倍数时必须将后一k 1级的输 入电阻作为前一级的负载考虑，即将第二级的输入 电阻与第一级集电极负载电阻并联。
(2) n级放大电路的输入电阻 n级放大电路第一级的输入电阻就是n级放大电
路的输入电阻，即 ri ri1
(3) n级放大电路的输出电阻 n级放大电路最末一级的输出电阻就是n级
U
2 CC
2πRL
效率 Pomax π U om
PE
4 U CC
当Uom = UCC 时效率最大
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Pomax 78.5%
PEm ax 4
Cha1p6 退出
么么么么方面
• Sds绝对是假的
Chap
4.3.3.2、甲乙类单电源互补对称功率放大电路
T1 T2：互补对称电路 R4： 调整两管Q点 C2： 使T1 T2基极电位 相等，保证波形
2VCCU om πRL
效率η
Po
U
2 om
PV 2R L
2VCCU om π U om
RL
4 VCC
当Uom = VCC 时效率最大： η=π/4 =78.5％
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Cha1p1
模电 例4.3.1 有一互补对称乙类功率放大电路，如图所示，电源电压UCC=24V，负载电阻RL=6Ω。
放大电路的输出电阻，即 ro ron
3. 频率特性:级数越多,通频带越窄
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Chap4
例4.2.1：阻容耦合放大电路
已知：Ec=20V, Rs=1K, RB1=100K, RB2=100K, Rc1=15K, RE1=501K, RB1=33K, RB2=6.8K,
RC2=7.5K, RE2=2K, RL=5.1K, 1=60, 2=120, UBEQ=0.7V。 求Au
Ic=0.5mA
Ic=2mA
电源供给的功率： PDC=EcIc=120mW 2. 功率放大电路中的一些特殊问题
Ic=20mA Ec=6V
转换效率：η Po 100% 25% PDC
1. 要求尽可能大的输出功率。管子工作在极限的工作状态。
2. 效率
=
3. 非线性失真要小。
负载得到的有用信号功率Po 电源供给的直流功率PDC
100。要 求：(1) 画 出 放 大 电 路 的 微 变 等 效 电 路；(2) 计 算 Aus (3) 计 算 第 一 级
的 输 入、输 出电 阻；(4) 说 明 前 级 采 用 场 效 应 管， 后 级 采 用 射 极 输 出 放 大 电 路 的 作 用。
Aus gm{RD // RB //[rbe (1 )(RE // RL )]} 4.38
1. 放大电路工作状态
• 甲类放大：
静态工作点在交流负载线中点，用于电压 放大, 甲类虽然放大的信号不失真，但管耗 太大，电路的效率很低。
• 乙类放大：
ICQ = 0 ，三极管只在正半周工作，电压幅值 大，用于功率放大
• 甲乙类放大：
在截止区偏上一点，防止交越失真
2. 射极输出器的功率放大作用
甲乙类放大和乙类放大电路因静态电流很小，使 电源供给的直流功率几乎全部转换成交流输出信号， 因此降低了管耗，提高了效率。但是，这两种功放 电路都出现了严重的波形失真。 射级输出器具有输入电阻高、输出电阻低的特点，能 达到电阻匹配的要求。另外射极输出器的电压放大倍 数近似等于1，具有电流放大和功率放大作用。因此用 射级输出器作功率输出级，在负载上可得到最大不失 真输出功率。
U
2 om
max
2RL
VCC 2 2RL
ui
每管工作半周 的平均电流
Ic
1 2π
π
ic1dt
0
1 2π
π
Iom sin tdwt
0
I om π
UCC πRL
VT2 RL uo -VCC
电源功率：
PV
1
VCCiccd
0
( t)
Ic
2VCC
VCC
0
U om RL
sin t d
( t)
Cha1p5
4.3.3 单电源互补对称功率放大电路
4.3.3.1、乙类单电源功率放大电路OTL
去掉电源 -Ec ,用大电容C(充放电)代替,调整参数,使电容电压为Ec/2
输出电压的幅值 Uom≈UCC/2, 输出电流的幅值 Iom=Uom/RL≈UCC/2RL
输出最大功率
Po max
UoIo
Uom 2
功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。为了获
得大的输出功率，必须使 输出信号电压大； 输出信号电流大； 放大电路的输出电阻与负载匹配。
4.3.1. 1功率放大电路的特点
1. 电压放大器与功率放大器的区别： 1. 任务不同：
电压放大—不失真地提高输入信号的幅度，以 驱动后面的功率放大级， 通常工作在小信号状态。
ri2 1.78 k
RL2' RC2 // RL2 3.04k
4、电压放大倍数
A u
( R'L1 ) • ( rbe1
R'L2 ) rbe2
(24) • (140 )
3360
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Chap5
例4.2.2.两 级 交 流 放 大 电 路 如 图 所 示， 已 知 场 效 应 管 的 gm=2 mS， 晶 体 管 的
对称 R1： 调整T3偏流—使 VA=Ec/2，保证
上下幅值相等
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Cha1p8
4.4 变压器耦合功率放大电路
静态时，两管都处于载止状态，静态工作电流IC近于零。 当有正弦交流信号ui时，则在副绕组两端出现两个极性相反（对地来说）而大小相等的正弦交流信号ui1和ui2。 正半周时，B1副边电压的极性是上端为正，下端为负，则T1导通，T2载止，只有 iC1流过输出变压器B2原绕组 的上半部分； 负半周时，T1载止而T2导通，iC2流地输出变压器原绕组的下半部分。 由于两只晶体管轮流交替工作，则在输出变压器B2的副绕组内产生的电压和电流是一个完整的正弦波形。
1、静态值
VB1
VCC RB2 RB1 Rb2
3.87 V
I E1
VB1 U BE1 RE1
0.62mA
rbe1 300
2、输入电阻
(1
)
26 IE
2.86k
ri2 1.78 k
ri1 rbe1 // RB1// RB2 2.5 k
3、负载电阻
RL1' RC1 // ri2 1.6k
Iom 2
U om2 2RL
UCC 2 8RL
直流电源只是在ui的正半周供给电流，所以ic1的
波形是半个正弦波，每管工作半周的平均电流
Ic
1 2π
π
ic1dt
0
1 2π
π
Iom sin tdwt
0
I om π
U CC 2πRL
直流电源供给的最大总功率
PE
I c VCC
U omU CC 2πRL
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Chap3 退出
4.2 阻容耦合放大电路
1. 静态分析 • 耦合电容通交隔直, 各级放大电路静态工作 点,可以单独进行分析。 2. 动态分析 (1) n级放大电路的总电压放大倍数
多级放大器的放大倍数等于各个单级放大器放
大倍数的积。 Au Au1 Au2 Au3 Aun n Auk
在大信号状态工作必然引起失真的问题，这就存在增大输出功率和失真严重的矛 盾，这就要求在电路结构上进行改进，尽可能大的提高输出功率，减小非线性失真。
4. 半导体三极管散热的问题
电源供给的能量大多数以管耗的形式消耗掉，通常功放电路中的工作管必须加散热片。
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Chap8
4.3.1.2、放大电路工作状态
双电源甲乙类功率输出级
为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工 作在甲乙类。
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Cha1p4
4.3.2.3 准互补对称功率放大电路
1、复合管(达林顿管)
• 输出大，用大功率管
•把两只或多只管, 连接成一个晶体管用
2. 准互补对称功率放大电路
用复合管构成的功率放大电路
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忽略管子的饱和压降，求电路的最大输出功率，直流电源供给的总功率、效率和总管耗。
最大输出功率为
Po max
U CC 2 2RL
242 48 26
W
直流电源供给的功率为
PEmax
效率为
2U
2 CC
πRL
2 242
π6
61.1
W
Pomax 48 78.6%
ui
PEmax 61.1
总管耗为
——前后级间静态工作点将相互影响 ——零点漂移
2、波形 • 正半周：T1通，T2止 • 负半周：T2通，T1止 • 输出： 完整
将T1的输出曲线, 倒置在的T2下方—
静态点Q重合
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Cha1p0
输出功率 ：
输出电压 幅值
输出
电流 幅值
+VCC
Po
UoIo
Uom 2
I om 2
U
2 om
2RL
VT1
负载上的最大不失真功率： Pomax
D2
+UCC
0. 22 μ F
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Cha2p2
4.4 直接耦合放大电路
n
多级放大电路的放大倍数 A A1 A2 A3 An Ai
i =1
(a)阻容耦合
直接耦合放大电路特殊问题
(b)直接耦合
(c)变压器耦合
在多级直接耦合放大电路中，为了放大缓变量，前后级级间不经任何元件，直接把 前级输出信号送到后级的输入端。
Uo 43.8 mV ri RG RG1 // RG2 10 M ro1 RD 5.6 k
前级采用场效应管可以 提 高 电 路 的 输 入 电 阻，
后级采用射极跟随器可以 降 低 输 出 电 阻， 提 高 带 负 载 能 力。
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Chap6
4.3 功率放大电路
4.3.1 功率放大电路的一般问题
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Cha1p9 退出
4.5 集成功率放大器
集成功率放大器是应用半导体工艺, 将管子,电阻,导线制造在一块硅片上的固体器件。 集成功率放大器TDA2030如所示,
1234 5
同 反 负输正 相 相 电出电 输输压 压 入入
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TDA2030集成音频功率放大器
Cha2p0
Pcmax PEmax Pomax 13.1 W
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+VCC VT1 VT2 RL uo
-VCC
Cha1p2
4.3.2.2、甲乙类功率放大电路
1、交越失真
输入特性有死区， ib=0时，产生波形失真
2.甲乙类功率放大
加很少直流偏置，使Q点销高于截止点
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Cha1p3 退出
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Chap9
4.3.2 互补对称功率放大器
4.3.2.1、乙类功率放大电路
将发射极电阻用与NPN管相近的PNP管代替，看作两个射极输出器构成，两管均工 作在截止状态, 两管都工作在乙类放大状态。输出电压uo=0。电路内没有功率损耗。
1、静态值
IBQ=0 VE=0
ICQ=0 UCEQ=Ec