模 拟 电 子 技 术功率放大电路第 八 章
8.1 互补对称功率放大电路
8.2 集成功率放大器及其应用模 拟 电 子 技 术
8.1 互补对称功率放大电路引 言
8.1.2 甲乙类互补对称功率放大电路
8.1.1 乙类双电源互补对称功率放大电路模 拟 电 子 技 术引 言一、
功率放大的特殊要求
Pomax 大,三极管尽限工作
= Pomax / PDC 要高失真要小模 拟 电 子 技 术二、共发射极放大电路的效率问题
cecm axo UIP
+VCC
RL
C1 +
RB
uce = uo
cemcm21 UI?
CCCCCCDC VIViP
% 25/ DCm axom ax PP?
S
uCE
iC
Ot
iC
O
QIcm
Ucem
设,Q” 设置在交流负载线中点
VCC
IC
S4
模 拟 电 子 技 术三、放大电路的工作状态甲类 ( 2?)
t
iC
O
Icm
2?
ICQ
t
iC
O Icm? 2?
ICQ
乙类 ()
t
iC
O
Icm
ICQ
2?
甲乙类 (?<? < 2? )
模 拟 电 子 技 术
Q
uCE
iC
Ot
iC
O
Q
Q
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大,静态电流小,管耗小,效率较高。
甲类工作状态失真小,静态电流大,管耗大,效率低。
模 拟 电 子 技 术
8.1.1 乙类双电源互补对称功率放大电路 (OCL)
(OCL — Output Capacitorless)
一、电路组成及工作原理
RL
V1
V2
+VCC
+
ui
+
uo
VEE
ui > 0 V1 导通 V2 截止i
C1 i
o = iE1 = iC1,uO = iC1RL
ui < 0 V2 导通 V1 截止
iC1 io = iE2 = iC2,uO = iC2RL
ui = 0 V1,V2 截止模 拟 电 子 技 术问题:
当输入电压小于死区电压时,
三极管截止,引起 交越失真 。
交越失真输入信号幅度越小失真越明显。
模 拟 电 子 技 术
)oDCC2C1 (21 PPPP )
2
2(
2
1
L
om
2
L
CCom
R
U
R
VU?
)4( omCC
L
om UV
R
U?

令 0
2d
d
L
om
L
CC
om
C1
R
U
R
V
U
P

CC
om
2 VU则,时 管耗最大,即:
L
2
CC
2
C 1 m R
VP
om2C 1 m
2 PP
L
CC2
om 2
1
R
VP om2.0 P?
每只管子最大管耗为 0.2Pom
5,选管原则
PCM > 0.2 Pom
U(BR)CEO > 2VCC
ICM > VCC / L
RL
V1
V2
+VCC
+
ui
+
uo
VEE
4,管耗模 拟 电 子 技 术例 8.1.1 已知,VCC = VEE = 24 V,RL = 8?,
忽略 UCE(sat) 求 Pom 以及此时的 PDC,PC1,
并选管。
)W(3682242
2
L
CC
2
om R
VP
[解 ]
PDC= 2V2CC /?RL
= 2? 242 // ( 8) = 45.9 (W)
RL
V1
V2
+VCC
+
ui
+
uo
VEE
模 拟 电 子 技 术
)(21 oDCC1 PPP = 0.5 (45.9? 36) = 4.9 (W)
)W( 2.7362.0m1CP
U(BR)CEO > 48 V
ICM > 24 / 8 = 3 (A)
可选,U(BR)CEO = 60? 100 V
ICM = 5 A
PCM = 10? 15 W
模 拟 电 子 技 术
8.1.2 甲乙类互补对称功率放大电路一,甲乙类双电源互补对称功率放大电路给 V1,V2 提供静态电压
t
iC
0
ICQ1
ICQ2
克服交越失真思路:
电路:
RL
R
V3
V4
V1
V2
+VCC
+
ui
+
uo
VEEV5
模 拟 电 子 技 术
8.1.2 甲乙类互补对称功率放大电路当 ui = 0 时,V1,V2 微导通。
当 ui < 0 (?至?),
V1 微导通? 充分 导通? 微导通;
V2 微导通? 截止? 微导通。
当 ui > 0 (?至?),
V2 微导通? 充分导通? 微导通;
V1 微导通? 截止? 微导通。
模 拟 电 子 技 术克服交越失真的电路
V1
V2
V3
V4
V1
V2
Rt
B1
B2
21 BBURT t
)( 21
2
BE3
C E 3 RRR
UU
V1
V2
V3R2
R1
模 拟 电 子 技 术实际电路
V4 R
L
+VCC
+
uo
V1
V2
V3
VEE
R*1
R2
R3
R4
RL
+VCC
+
uo
V1
V2
V3
V4
V5
VEE
+u
i
R
模 拟 电 子 技 术二、功率和效率
RL
V1
V2
+VCC
+
ui
+
uo
VEE
1,输出功率
cmom21cm21om21coo IUIUIUP
L2om21Lom221 / RIRU
最大不失真输出电压、电流幅度:
C E ( s a t )CCo m m UVU
LCCLo m mc m m // RVRUI
最大输出功率?omP
L
2
CC )(
2
1
R
V?
L
2
C E ( s a t )CC
2
)(
R
UV?
最大输出功率
L
2
L
2
C E ( s a t )CC
2
1
2
)(
om
R
V
R
UV
P CC?
2,电源功率

cm
0
cmC1C1 )(d s i n2
1 IttIiI
PDC = IC1VCC + IC2VEE = 2IC1VCC = 2VCCUom/?RL
最大输出功率时,PDC = 2V 2CC /?RL
PDC = 2V 2CC /?RL
3,效率
DC
o
P
Pη?
,/ Lom221o RUP? PDC = 2VCCIcm /?
LcmCC
om2
4 RIV
U
4 CC
om
V
U
%5.784m a x
实际约为 60%
最大输出功率时:
模 拟 电 子 技 术二、复合管互补对称放大电路
1,复合管 (达林顿管 )
目的:实现管子参数的配对
ib1
(1 +?1) ib1 (1 +?1) (1 +?2) ib1
= (1 +?1 +?2+?1?2) ib1
1?2
rbe= rbe1+ (1 +?1) rbe2
2(1+?1) ib1
1 ib1
ib
ic
ie
(?1 +?2 +?1?2) ib1
V1
V2
模 拟 电 子 技 术
V1
V2
NPN + NPN NPN
V1
V2
PNP + PNP PNP
V1
V2
NPN + PNP NPN
V1
V2
PNP + NPN PNP
模 拟 电 子 技 术构成复合管的规则:
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。
模 拟 电 子 技 术
V1
V2
练习:
接有泻放电阻的复合管:
V1
V2
ICEO1?2 ICEO1
R
泻放电阻减小模 拟 电 子 技 术
V1,V3 — NPN
V2,V4 — PNP
R3,R5 —
穿透电流泄放电阻准互补对称电路
2,复合管互补对称电路举例
RL
RP
V4
+VCC
V5
V1
V2
R2
RB1
RB2
+
uo
+
ui
+
+
+V6
V7
V8
E
UB3
R1
R5
R3
IC8
RE1
RE2
R4
V3
UB8
模 拟 电 子 技 术
RE1,RE2 — 稳定,Q”、过流保护取值 0.1? 0.5?
V5? V7,RP — 克服交越失真
R4 — 使 V3,V4 输入电阻平衡
V8 — 构成前置电压放大
RB1 —引入负反馈,提高稳定性。
UE UB8 IB8 IC8 UB3?
UE?
模 拟 电 子 技 术差分对管,构成前置放大级镜像恒流源,
差分放大电路的有源负载 NPN
PNP
因 PNP 管?
小,采用 三只管子复合而成克服交越失真模 拟 电 子 技 术三、甲乙类单电源互补对称放大电路
— OTL电路 (Output Transformerless )
RL
RB
V4
–VEE
+VCC
V5
V1
V2
CERE
RB1
RB2
+
uo
+
ui
+
+
+ CE
电容 C 的作用:
1)充当 VCC / 2 电源
2)耦合交流信号模 拟 电 子 技 术
2 CCE /VU?
当 ui = 0 时,
2 CCC /VU?
当 ui > 0 时,
V2 导通,C 放电,V2 的等效电源电压? 0.5VCC。
当 ui < 0 时,
V1导通,C 充 电,V1 的等效电源电压 + 0.5VCC。
应用 OCL 电路有关公式时,要用 VCC / 2 取代 VCC 。
模 拟 电 子 技 术
OCL 电路和 OTL 电路的比较
OCL OTL
电源 双电源 单电源信号 交、直流 交流频率响应 好 fL 取决于输出耦合电容 C
电路结构 较简单 较复杂
Pomax
L
CC2
L
om2
2
1
2
1
R
V
R
U?
L
CC2
L
2
om
8
1
2
1
R
V
R
U?
第 八 章 功率放大电路模 拟 电 子 技 术
8.2 集成功率放大器及其应用引 言
8.2.2 DG810 集成功放及其应用
8.2.3 TD2040 集成功放及其应用
8.2.1 LM386 集成功放及其应用模 拟 电 子 技 术组成:
前置级、中间级、输出级、偏置电路特点:
输出功率大、效率高有过流、过压、过热保护引 言模 拟 电 子 技 术
8.2.1 LM386 集成功放及其应用
1,典型应用参数:
直流电源,4? 12 V
额定功率,660 mW
带 宽,300 kHz
输入阻抗,50 k?
1
2
3
4
8
7
6
5
引脚图模 拟 电 子 技 术
2,内部电路
1,8 开路时,
Au = 20
(负反馈最强 )
1,8 交流短路
Au = 200
(负反馈最弱 )
电压串联负反馈模 拟 电 子 技 术
V1,V6,
V3,V5:
V2,V4:
射级跟随器,高 Ri
双端输入单端输出差分电路恒流源负载
V7 ~ V12,功率放大电路
V7 为驱动级 (I0 为恒流源负载 )
V11,V12 用于消除交越失真
V8,V10 构成 PNP?准互补对称模 拟 电 子 技 术
3,典型应用电路模 拟 电 子 技 术
LM386
1
2
3
4 7
8
5
RP
C1
C2
C3
C4C5
C6
10?F
36 k?
10?F
100?F
220?F
0.1?F
8?
10?
.047?F
+VCC
6 输出电容
(OTL)
频率补偿,抵消电感高频的不良影响防止自激等调节电压放大倍数模 拟 电 子 技 术
8.2.2 DG810 集成功放及其应用
— 标准音频功率放大功率大、噪声小、频带宽、
工作电源范围宽、有保护电路输出电容输入偏置交流负反馈频率补偿,防自激等自举电容频率补偿防自激等
VCC = 15 V 时输出功率 6 W
+VCC
ui
C9
R1
R4C2
DG810
1
129
4
7
8
5
C
1
C8
C7
C4
C5
C6
5?F
100 k?
.01?F
100?F
1000 pF
0.1?F
4?
56? 4 700 pF
10
100?F100?F
100?
R3
R2
1000?F
100?F
C10
1?
电源滤波模 拟 电 子 技 术
8.2.3 TD2040 集成功放及其应用特点,输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护参数,直流电源,?2.5 ~?20 V 开环增益,80 dB
功率带宽,100 kHz 输入阻抗,50 k?
输出功率,22 W (RL = 4?)
双电源 (OTL)应用电源滤波频率补偿防自激等输出功率可大于 15 W
交流电压串联负反馈
R1
C2
220 k?
680?
22?F
R3R2
ui
1
2 43
5
C1
C7
C3 C4
C5 C6
1?F
22 k?
220?F
220?F
0.1?F
4?
5?
+VCC(16 V)
2040
0.01?F0.1?F
VEE
(?16 V)
R4
大电容滤除低频成分小电容滤除高频成分
35.336 8 0/2 2 0 0 01uA dB30lg20?uA
模 拟 电 子 技 术单电源 (OTL)应用:
交流电压串联负反馈使 U1 = 0.5VCC
C2
680?
22?F
R4
ui
4
3
5
C1
C6
C3 C4
C5 C7
1?F
22k?2.2?F
220?F0.1?F
4?
5?
+VCC(16 V)
0.01?F
R6
R5
22k?
22 k?
22k?
R2
R3
2
1
R1
2040 54
30 dB
模 拟 电 子 技 术
1,功率管的工作类型类别 特点 Q 点 波 形甲类 无失真Q较高 ICQ 较大Q 较高甲乙类 有失真效率高
ICQ 小
Q 较低乙类 失真大效率最高
ICQ = 0
Q 最低
t
iC
O
ICQ
iC
O
ICQ
t
t
iC
OICQ
2,OCL 和 OTL 功放电路的特性模 拟 电 子 技 术
OCL OTL
优点缺点主要公式结构简单,效率高,
频率响应好,易集成结构简单,效率高,频率响应好,易集成,单电源双电源,
电源利用率不高输出需大电容,
电源利用率不高最大输出功率
L
CC2
om 2
1
R
VP?
L
CC
2
om 8
1
R
VP?
直流电源消耗功率
cmCCE
2 IVP?

cmCCE
1 IVP?

效率 %5.78?
理想?
%5.78?理想?
最大管耗
omC 1 m 2.0 PP? omC 1 m 2.0 PP?