第八章 功率放大器及直流电源
第8章 功率放大电路

7.1 概述 *7.2 小功率放大器 7.3 互补对称功率放大电路 7.4 集成功率放大器 7.5 功率放大器实际应用电路
7.1
概述
功率放大就是在有较大的电压输出的同时,又 要有较大的电流输出。 前面学过的放大电路多用于多级放大电路的输 入级或中间级,主要用于放大微弱的电压或电 流信号。
7.3.2 单电源互补对称功率放大器 (OTL--无输出变压器电路) 当在电路中采用单电源供电 时,可采用图7-3-3所示的 电路。
图7-3-3 单电源互补对称功率放大器
图7-3-3中,功效管工作在乙类状态。静态时因电路对称, E点电位为 1 VCC ,负载中没有电流。
2
① vi正半周,T1导通,T2截止,io=iC1,负载RL上得到正半 周点
1、任务和特点:
(1)大信号工作状态
为输出足够大的功率,功放管的动态工作范围很大,功放管中的电 压、电流信号都是大信号,一般以不超过功放管的极限参数为限度。
(2)非线性失真问题
输出功率越大,电压和电流的幅度就越大,信号的非线性失真就越 严重,如何减小非线性失真是功放电路的一个重要问题。
4
78 .5%
7.3.1 双电源互补对称 电路(OCL电路) (4)管耗PT
2 1 1 2 Vom 1 Vom PT 1 PT 2 PV PO · ·CC V 2 2 RL 2 RL 2 1 VomVCC Vom R 4 L
dVom
2 VomVCC Vom 4
代入式(7-3-7)得,T1、T2消耗功率的极限值为:
8 功率放大电路

(3) 效率
(VCC VCES ) 2 VCC 2 RL 2 RL
2
Po Po Po = = = PV Po PT Po 2 PT1
管耗PT
1 PT1 = 2π
单个管子在半个周期内的管耗
1 v (VCC vo ) o d( t ) 0 2π RL
π
• 性能指标计算:输出功率、效率 • 功率管的选择 :PCM、ICM、V(BR)CEO • 双电源与单电源
(2) 对称:
NPN、PNP特性相同(对管) 正、负电源相等 也称为OCL功率放大电路
二、 分析计算
(1) 图解分析(求Vom)
Vommax = VCC VCES VCC
(2) 输出功率
Po = Vo I o Vom 2 V om 2 RL 2 RL Vom
2
最大不失真输出功率
T3 Re3 偏置电路 D1 D2
恒流源 负载 Re5
C4 RC8 Re10
负载
-24V
集成功率放大器 特点:工作可靠、使用方便。只需在器件外部适
当连线,即可向负载提供一定的功率。 集成功放LM384: 生产厂家:美国半导体器件公司 电路形式:OTL 输出功率:8负载上可得到5W功率 电源电压:最大为28V 14 -- 电源端( Vcc) 3、4、5、7 -- 接地端( GND) 10、11、12 -- 接地端(GND) 2、6 -- 输入端 (一般2脚接地) 8 -- 输出端(经500 电容接负载) 1 -- 接旁路电容(5 ) 9、13 -- 空脚(NC)
#偏置电压不易调整
VCE
R1 R2 VBE R2
VBE可认为是定值
第8章直流稳压电源

第8章直流稳压电源8.1 单相整流滤波电路教学要求:1.掌握单相桥式整流电路的工作原理;2.掌握电容滤波电路的工作原理;3.了解电感滤波电路、∏型滤波电路的结构及原理。
引言直流稳压电源是将交流电变换成功率较小的直流电,一般由变压、整流、滤波和稳压等几部分组成。
整流电路用来将交流电压变换为单向脉动的直流电压;滤波电路用来滤除整流后单向脉动电压中的交流成分,使之成为平滑的直流电压;稳压电路的作用是输入交流电源电压波动、负载和温度变化时,维持输出直流电压的稳定。
一、单相整流电路(一)半波整流电路单相半波整流电路如下图(a)所示,图中Tr为电源变压器,用来将市电220V交流电压变换为整流电路所要求的交流低电压,同时保证直流电源与市电电源有良好的隔离。
设V为整流二极管,令它为理想二极管,R L为要求直流供电的负载等效电阻。
由图可见,负载上得到单方向的脉动电压,由于电路只在u2的正半周有输出,所以称为半波整流电路。
半波整流电路结构简单,使用元件少,但整流效率低,输出电压脉动大,因此,它只使用于要求不高的场合。
(二)桥式整流电路为了克服半波整流的缺点,常采用桥式整流电路,如下图所示,图中V1、V2、V3、V4四只整流二极管接成电桥形式,故称为桥式整流。
1.工作原理和输出波形设变压器二次电压u2=21/2U2sinωt,波形如电压、电流波形图(a)所示。
在u2的正半周,即a点为正,b 点为负时,V1、V3承受正向电压而导通,此时有电流流过R L,电流路径为a→V1→R L→V3→b,此时V2、V4因反偏而截止,负载R L上得到一个半波电压,如电压、电流波形图(b)中的0~π段所示。
若略去二极管的正向压降,则u O≈u2。
电压、电流波形在u2的负半周,即a点为负b点为正时,V1、V3因反偏而截止,V2、V4正偏而导通,此时有电流流过R L,电流路径为b→V2→R L→V4→a。
这时R L上得到一个与0~π段相同的半波电压如电压、电流波形图(b)中的π~2π段所示,若略去二极管的正向压降,uO≈-u2。
第八章 功率放大器与直流电源

五、 基本单电源互补对称电路
电容C满足: C>(5~10) /2πfLRL
静态时要求K点电位 UK=UC=VCC/2
3
R1和R2组成电压并联 交直流负反馈网络, 稳定电路的静态工 作点,改善放大器 的动态性能。
(1)输出功率 Po
1 Po 2 RL
2 U ce m
2 2 U ce m (m ax) VC C 1 Pom ax 8RL 2 RL
(5) 选管条件
a、PCM PT1max =0.2Pom
b、V( BR )CEO 2VCC
c、ICM>VCC/RL
乙类放大的输入输出波形关系: ui t 死区电压 u´ o ´ t u"o ui
缺点
+VCC
T1
iL RL T2
uo
t
uo t 交越失真
-VCC 交越失真:输入信号 ui在过零 前后,输出信号出现的失真便 为交越失真。
载得到一个完整的波形。
乙类互补对称电路图解分析:
为分析方便, 如图曲线倒置 成Q点重合 由图可知,Ucem的 最大值为VCCUCE(sat),如果忽略 UCE(sat) ,则: Ucem(max)≈VCC。
负载斜率相等 且都通过Q点, 那么合成的负 载线成图示的 一条直线。
(1) 输出功率Po :
2 1 VCCU cem U cem ( ) RL 4 2 1 VCCU om U om ( ) RL 4
2 2 VCCU om U om 总管耗:PT 2 PT1 ( ) RL 4
三极管的最大管耗
问:Uom=? PT1最大, PT1max=?
用PT1对Uom求导得出: PT1max发生在Uom=0.64VCC处。
功率放大器直流电源

UO max R1 R2 RP UZ R2
1.3.3 三端集成稳压器
1.3.3.1构成框图
输入端
+
开
基
启
准
电
电
UI 路
压
调整管
放大 电路
-
电子技术综合设计
输出端
+
保护
采
电路
样
电
UO
路
-
1.3.3.2外形及电路符号
电子技术综合设计
输 入
W7800
ILmax
I Zmin
或:
R UImin U Z I Zmin ILmax
串联反馈式直流稳压电路
1.3.2.1电路构成
电子技术综合设计
1、基准电压: 由 VDZ 提供;
2、采样电路: R1、 R2、 R3 ;
3、放大电路: A;
4、调整管: VT;
1.3.2.2稳压原理
电子技术综合设计
UI 或 IL UO UF UId UBE IC
电子技术综合设计
基准电压
基准电压旳作用就是产生一种不随外部电压,不随温度变 化旳原则电压,在电路中这一电压一般采用带隙式基准源。
能隙基准电压电路 UREF=UBE3+I2R2
≈UBE3+ RRRR23 32UUT lTnlnRR12RR12
电路中2.5V旳基准电压由带隙式基准源TL431和电阻R串联产 生,TL431是一种常用旳基准源模块,其使用措施类似于稳压二 极管,在按照图4所示旳措施进行连接时,输出端电压为 2.5V。 必须确保TL431上旳电流不小于 0.7mA,一般能够按照 1mA 计算,拟定电阻 R 所需旳取值。
第8章功率放大电路与直流稳压电源第2讲

D1,D4导通 D2,D3截止 电流通路: 电流通路 a → D1→ RL→D4→b
ωt ωt
uo
uD2,uD3 uD1,uD4
输出是脉动的直流
ωt
参数计算: 参数计算:
(1) 整流输出电压的平均值 o(AV) 整流输出电压的平均值U
全波整流时, 全波整流时,负载电压 的平 均值U 均值 o(AV)为: uo
讨论二
整流电路如图所示, 整流电路如图所示,分别求解下列两种情况下 输出电压的波形和平均值、 输出电压的波形和平均值、整流二极管的最大 整流电流和最高反向工作电压。 整流电流和最高反向工作电压。 1. 变压器副边电压有效值 21=U22=20V; 变压器副边电压有效值U ; 2. U21=22V、 U22=22V。 、 。
T u1 D3 u2 D4 D2 D1 RL uo
讨论1: 讨论 : 若单相半波整流电路中的二极管接反, 若单相半波整流电路中的二极管接反,则将 产生什么现象? 产生什么现象? 讨论2 讨论 : 若单相桥式电路中若有一只二极管接反, 若单相桥式电路中若有一只二极管接反,则 将产生什么现象? 将产生什么现象?
(2)主要参数 ) 在研究整流电路时, 在研究整流电路时,至少应考查整流电路输出 电压平均值( ( ) 电压平均值(UO(AV))和输出电流平均值 两项指标。 (IL(AV))两项指标。 ( ) 已知变压器副边电压有效值为U 已知变压器副边电压有效值为 2
U O(AV)
1 π = ∫ 0 2U 2sinω td (ω t ) 2π
0.45U 2 I F > 1.1 × R L U > 1.1 2U 2 R
在图示整流电路中, 例:在图示整流电路中,已知电网电压波动范围是 ±10%,变压器副边电压有效值 2=30V,负载电阻 ,变压器副边电压有效值U , 试问: RL=100 ,试问 1.负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少? 负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少? 负载电阻上的电压平均值和电流平均值各为多少 2.二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值 二极管承受的最大反向电压和流过的最大电流平均值 各为多少? 各为多少? 3.若不小心将输出端短路,则会出现什么现象? 若不小心将输出端短路, 若不小心将输出端短路 则会出现什么现象?
第八章 功率放大电路

+Vcc
T1
iL RL T2
uo
t
vo t 失真
-Vcc
输入信号 vi在过零前后,输出 信号出现的失真。
8.4 甲乙类互补对称功率放大电路
乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题
vi很小时,在正、负半周交替过 零处会出现非线性失真,这 个失真称为交越失真。
8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路
2
P o Vo I
Vom (VCC VCES ) 2 最大不失真功率为: Pomax 2R L 2R L 2 理想最大输出功率为: oM VCC (Vom VCC 略VCES ) P 2R L
2.三极管的管耗PT
1 π PT1 = 0 vCE iCd( t ) 2π
+Vcc T1
偏置电压/V 0.60
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。
谐波失真度
THD /% 1.22 0.244
ICQ/mA
0.048 0.33
+
Vi -
RL
+ vo -
0.65
0.70
0.75
2.20
13.3
0.0068
0.0028
T2
-Vcc
VCE4=VBE4(R1+R2)/R2
当Vom = VCC 时,η
max=π
2
/4 =78.5%。
8.3.3 功率BJT的选择
1.最大管耗和最大输出功率的关系
1 VCCVom Vom PT 1 ( ) RL 4
2
问:Vom=? PT1最大, PT1max=?
用PT1对Vom求导得出: PT1max发生在Vom=2VCC/=0. 64VCC处 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:
功放电路和直流电源(第28讲)2011

U SC
2
2RL
需电源电压: 需电源电压: SC = U
80 × 50 × 2 ≈ 90 V
90V的电压对电子电路显然不合适。 90V的电压对电子电路显然不合适。 的电压对电子电路显然不合适
2 利用变压器阻抗变换关系( ),通过 利用变压器阻抗变换关系( RL´= K RL),通过 改变变压器的匝数比K 使电路得到合适的负载 得到合适的负载, 改变变压器的匝数比K,使电路得到合适的负载, 6 便可解决以上问题。 便可解决以上问题。 2
uD4,uD2
输出是脉动的直流电压! 输出是脉动的直流电压!
uD3,uD1
ωt
uo
ωt
21
几种常见的硅整流桥外形: 几种常见的硅整流桥外形:
~ + ~ ~ + ~ + A C -
22
四、整流电路的主要参数
(一) 整流输出电压的平均值与脉动系数
整流输出电压的平均值U 和输出电压的脉动系数S是 整流输出电压的平均值 o和输出电压的脉动系数 是 衡量整流电路性能的两个主要指标。 衡量整流电路性能的两个主要指标。 1. 整流输出电压平均值( 整流输出电压平均值(Uo) 全波整流时,负载电压 Uo的平均值为: 的平均值为: 全波整流时,
第八章 功率电路
§8.1 功率放大电路
8.1.3 集成功率放大器 8.1.4 变压器耦合式功放电路
§ 8.2 线性直流稳压电路
8.2.1 8.2.2 8.2.3 8.2.4 8.2.5 8.2.6 直流稳压电源的组成和功能 单相整流电路 滤波电路 倍压整流电路的工作原理 稳压电路 集成稳压电源
1
8.1.3 集成功率放大器
ωt
(2)
二极管上承受 的最高电压: 的最高电压:
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甲类功放有以下特点:
(1) 整个周期内均有iC>0; (2) 信号失真小; (3)电源始终不断地输送功率: 静态时,这些功率全部消耗在管子和电阻上; 动态时,其中一部分转化为有用的输出功率, 信号愈大,输送给负载的功率愈多。
(4)输出功率较小;
(5)效率较低。
如何解决效率低的问题?
Vcc
R3
b + + -A
uo1
功 放
加 热 元 件
uo
A:电压放大器
R2
Rt 温控室
温度调节 过程
室温T T
Rt
Ub
UO1
UO
一、功率放大电路的特点
放大器方框图如下: 前 置 放大器 信号源
由电压放大电路组成, 其主要任务是不失真地 提高输入信号电压的幅 度,以驱动后面的功率 放大电路。
其任务是在保证信号失真 在允许范围内的前提下, 尽可能地提高输出功率, 以驱动输出负载(换能 器)。
(即为△AQD的面积)
c. 电源供给功率
π 1 2 PV VCC iC d t 2 π 0 π 1 2 VCC I CQ I cm sin t d t 2 π 0 VCC I CQ PVQ 2.25W
(即为矩形ABCD的面积)
Po 0.56 25% d. 效率 PV 2.25
(1)静态
• 静态工作点
UCEQ=VCC/2=6/2=3(V) ICQ=(VCC-UCEQ)/RL=3/8=0.375(A)
•电源供给功率
PVQ=VCC﹒ICQ=6×0.375=2.25(W)
•三极消耗功率
PTQ=UCEQ﹒ICQ=3×0.375=1.125(W)
•负载RL上消耗的直流功率
PRQ=ICQ2﹒RL=0.3752×8=1.125(W)
OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess
乙类互补对称放大电路
1、电路组成
由一对NPN、PNP特性相
同的互补三极管组成,采用
正、负双电源供电。也称为 OCL互补功率放大电路。
2、工作原理
两个三极管在信号一个
正、负半周轮流导通,使负
办法:降低Q点。
缺点:但又会引起截止失真。
• 既降低Q点又不会引起截止失真的办法: •采用推挽输出电路,或互补对称射极
输出器。
三、互补对称功率放大电路
互补对称:电路中采用两支晶体管,NPN、 PNP各一支;两管特性一致。 类型: 互补对称功放的类型
无输出变压器形式 ( OTL电路)
无输出电容形式 ( OCL电路)
(2)动态
在 充 分 激 励 下 , Ucem≈VCC/2 , Icm=Ucem/RL≈VCC/2RL,由此得: a. 交流输出功率 U cem I cm Po 2 2 1 U cem I cm 2 1 VCC VCC 2 2 2 RL 2 VCC 62 0.56W 8RL 8 8 (即为△QED的面积)
Po 100% PV
Po : 负载上得到的交流信号功率。
PV : 电源提供的直流功率。
(5)功放管散热和保护问题
(6)在分析方法上,通常采用图解法。
综上所述,对功率放大电路的要求是:
在保证晶体管安全工作的条件下和允 许失真的范围内,充分发挥其潜力,输 出尽量允许大的功率,同时还要减小管 子的损耗,以提高其效率。
第八章 功率放大器与直流稳压电源
8.1 功率放大电路
8.2 线性直流稳压电源
8.1 功率放大电路
功率放大器的作用: 用作放大电路的输出级,以
驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪 表指针偏转等。
例1: 扩音系统
信 号 提 取 电 压 放 大 功 率 放 大
例2:温度控制
R1
R1-R3:标准电阻 Ua :基准电压 Rt :热敏电阻 a
载得到一个完整的波形。
乙类互补对称电路图解分析:
为分析方便, 如图曲线倒置 成Q点重合 由图可知,Ucem的 最大值为VCCUCE(sat),如果忽略 UCE(sat) ,则: Ucem(max)≈VCC。
负载斜率相等 且都通过Q点, 那么合成的负 载线成图示的 一条直线。
(1) 输出功率Po :
b. 管子消耗功率
π 1 2 PT uCE iC d t 2 π 0 π 1 2 U CEQ U cem sin t 2 π 0 I CQ I cm sin t d t U CEQ I CQ 1 2 U cem I cm PTQ P0 1.125 0.56 0.565W
二、功率放大电路提高效率的主要途径
甲类放大——输入信号
的整个周期内均有电流 流过管子即管子在一周 内都导通。
甲乙类放大——管子在
一个周期内有半个周期 以上导通。
乙类放大——管子在一
个周期内只有半个周期 导通。
乙类放大(c),
效率最高;
甲乙类放大(b), 效率其次;
甲类放大(a),
效率最低。
I om U om Po I oU o 2 2 1 I omU om 2 1 I cm U cem 2 2 1 U cem 2 RL
最大不失真输出功率为:
Pomax
1U 2
2 cem(max)
RL
V 2 RL
2 CC
(2)直流电源供给功率PV :
1 PV 2 2 2 0 VCCiC1d ( t )
例:如图(a)所示的射极跟随器处于
甲类工作状态,设VCC=6V,RL=8Ω, 三极管的β=40,ICEO、UCES忽略不计。 试求在充分激励下,该电路的最大不 失真输出功率和效率。 解:当静态工作点 Q 平分交流负 载线时,该电路在充分激励下有 最大的不失真输出电压,此时电 路的输出功率也为最大。
功 率 放大器
负载 (换能器)
(1) 输出功率Po尽可能大 (2)功放电路中电流、电压要求都比较大, 必须注意电路参数不能超过晶体管的 极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。
ic
ICM
PCM
UCEM
uce
(3) 电流、电压信号比较大,必须注意防止波形失真。
(4) 电源提供的能量尽可能转换给负载,减少 晶体 管及线路上的损失。即注意提高电路的效率()。