低频功率放大器PPT幻灯片

第二章 低频功率放大器学习目标本章学习音频类放大器中最重要的功率放大器的知识。

高保真音响对电路有很多要求，其中很大部分是针对功放电路本身的。

因此，比较深入地理解低频功放是本章的目标。

1、理解甲、乙、甲乙类功放电路的不同之处以及它们对信号处理的区别。

掌握OCL 电路和OTL 电路的组成特点以及每个元件的作用。

2、通过一个小功率功放的制作，掌握分立元件功放的电路特点和元件选择以及调试等方面的要求。

3、通过对一个集成电路功放的制作，感受一下功率放大器的特点，提高对功放电路的认识。

第一节 低频功率放大器的基本组成低频功率放大器根据静态工作点的不同，分为甲类、乙类和甲乙类功率放大器，如图1-1所示。

甲类功率放大器和乙类功率放大器最大的不同在于它们的偏置电路所提供的偏置电压不同。

甲类功率放大器具有很高的偏置电压，而乙类功率放大器则是没有偏置电压的。

由于这个不同，造成的后果是甲类功率放大器对声音信号放大时的失真小，声音质量较好，但对电源消耗很大，效率很低；而乙类功率放大器则正好相反，它的失真比较大，但效率很高。

图1-1-a 甲类功率放大器图1-1-b 乙类功率放大器 图1-1-c 甲乙类功率放大器为了能在提高效率的同时又兼顾到失真不太大，我们大多采用的是甲乙类功率放大电路，这种电路具有很小的偏置电压，使三极管处于轻微的导通状态。

甲乙类功放电路是我们最为常用的功率放大电路，从图1-2中我们可以看出，由于三极管的基极只具有极小的偏置，所以输入的信号中只有正极性的波形(正半周)才会被很好地放大，而负极性的波形(负半周)的大部分就不能通过三极管了，因而在三极管的输出信号中，负半周的信号就没有了，这样的电路是不能胜任放大工作的。

为了解决这个问题，我们就得想想办法了。

图1-2-a 甲类电路的输出波形甲类放大电路的偏置比较大，将输入信号抬高到远远高于三极管的死区电压(0.7V)，因此所有的信号都能通过三极管进行放大，并且失真很小，输出波形与输入波形一致。

Pom
(
1 2
VCC
)2
2RL
VC2C 8RL
在理想条件下，可以推得OCL电路的最大效率也为78.5﹪。
谢谢聆听
1.1 电路构成
OTL 电路原理图
单电源互补对称功率放
大电路，又称无输出变压器 功率放大电路，简称OTL电
路。电路为OTL电原理图。 与OCL电路不同的是，电路
有双电源改为单电源供电， 输出端经大电容CL与负载RL
耦合。
04
1.2 工作原理
1. 静态分析
ui=0时，IB=0，由于两管特性对称， A点的静态电
交越失真（重点现象）
在OCL基本电路中，当输入电压小于三极 管的开启电压时，VT1、VT2均截止，从而出
现如图所示的交越失真现象。一旦音频功率放
大器出现交越失真，会使声音质量明显下降。 为了避免交越失真，在实际使用的OCL电路 中，必须设置合适的静态工作点。
di
er zhang jie
第二章 节
低频功率放大器 （ＯＣＴ电路和 ＯＴＬ电路）
di
yi zhang jie
第一章 节
1.1 电路构成
OCL基本电路结构如图所示。图中VT1、VT2是一对特性对称的NPN管和 PNP管，电路工作在乙类状态。
04
1.2 工作原理
1. 静态分析
ui 0 时，由于电路结构对称，无偏置电压， IB 0，a点的静态电位Ua 0 流过 RL 的静态电流为零。因此，该电路的输出不接输出电容。
位
UA
1 2
VCC，
则CL上充有左正右负的静态电压 U CL
1
1 2
VCC
由于CL容量很大，相当于一个电压为 2 VCC 的直流电

9. 布置课外作业---2′。.
16
作业 书P50 习题3第 3-8 小题
.
15
八、时间安排
1. 组织教学---2′；
2. 温习提问---3；
3. 新课导入---2′； 4.单管共发射极放大电路---6′； 5.电路中电压和电流符号写法的规定---5′； 6.放大器的静态工作点---10′；
7.案例分析---5
8. 小结归纳---5′；
2.放大器的放大倍数有哪几种？
电压放大倍数（Av=vo/vi），电流放大倍数(Ai=io/ii)，功率放大倍数 Ap=Po/Pi=I压、电流、功率增益公式？
电压增益：Gv=20lgAv（dB）
电流增益：Gi=20lgAi（dB）
功率增益：Gp=10lgAp（dB）
Ib、Ibm分别表示基极正弦电流有效值和峰值
.
10
三、放大器的静态工作点
1.静态
当放大电路没有输入信号时的工作状态
2.静态工作点
静态工作点就是输入信号为零时，电路处于直流工作 状态，这些电流、电压的数值可用BJT特性曲线上一个确 定的点表示，该点习惯上称为静态工作点Q ，设置静态工 作点的目的就是要保证在被放大的交流信号加入电路时， 不论是正半周还是负半周都能满足发射结正向偏置，集电 结反向偏置的三极管放大状态
.
12
5.直流通路
6.计算公式
IBQ=EC-VBEQ / RB （VBEQ硅管0.7V，锗管0.3V） ICQ=BIBQ VCEQ=EC-ICQ*RC
.
13
7.例题讲解（同学做，老师辅导，讲解） 见书P47.
.
14
七、总结、布置作业
本次学习，我们主要学习了单极低频小信号放大器的单管 共发射极放大电路组成及其各个元件的作用，讲了电路中 电压和电流符号写法的规定，还讲了放大器的静态工作点， 使同学知道了为什么要设置静态工作点，静态工作点的作 用，及其静态工作点的计算。

课题7.1低频功率放大器概述课型新课授课班级授课时数 1 教学目标1．理解低频功率放大器及基本要求2．了解低频功率放大器的分类3．掌握单管功率放大器的电路组成及工作原理教学重点工作原理，功率计算教学难点工作原理学情分析教学效果教后记新课A．复习1．石英晶体振荡器的特点。

2．串、并联谐振。

B．引入在电子技术中，有时需要大的信号功率，该信号具有足够的功率去控制或驱动一些设备工作。

例如：控制电动机的转动，驱动扬声器使之发声等。

C．新授课7.1低频功率放大器概述一、低频功放及其基本要求低频功率放大器：能输出低频信号的功率放大器。

功放和电压放大器的区别。

（1）小信号电压放大器。

①V i，I i ，V o，I o较小；②消耗能量小，输出信号的功率小，信号失真小；③任务：对微弱的信号电压放大。

（2）功率放大器：①任务：输出较大的信号功率；②输入、输出电压和电流都较大－大信号放大器；③消耗能量多，信号易失真，P o大。

3功放效率①注意效率；②P o；③信号失真；④晶体管的功耗；⑤击穿电压。

（4）对性能良好功放的基本要求①信号失真小；②有足够的输出功率；③效率高；④散热性能好。

二、分类１以晶体管的静态工作点分类（1）甲类功放：Q点在交流负载线的中点。

①三极管处于放大状态；②波形不失真；③静态电流大，效率低。

（2）乙类功放：Q点在交流负载线和I B 0输出特性曲线交点处。

①半个周期在放大区，另半个周期在截止区；②只有半波输出；③没有静态电流，效率高。

（3）甲乙类功放：Q点在交流负载线上略高于乙类工作点处。

①静态电流较小，效率仍较高；②波形失真较小。

2、以功率放大器输出端特点分类(1)有输出变压器功放电路。

(2)OTL功放电路。

(3)OCL功放电路。

(4)BTL功放电路。

7.2单管功率放大器一、电路组成（1）元件作用：R b1，R b2，R e——偏置电阻T1——输入变压器T2——输出变压器（结合图形分析）（2）T2作用：①一方面隔断直流耦合交流；②变换阻抗，便负载获得较大的功率。

uA=（EC-UCES1） 。
ωt
VT2 ub2
ic2
RL uL
ui负半周时VT2管饱和导通，VT1管截止。VT2管的直流电源由电容C上充 的电尽荷管供每给管，饱u和A=导U通CE时S2的≈0电流很大，但相应的管压降很小，这样，每管的管 耗就很小，放大器的效率也就很高
uA近似为矩形波电压，幅值为（EC-2UCES）。若L、C和RL串联谐振回路调谐 在输入信号的角频率ω上，且回路的Q值足够高，则通过回路的电流ic1或ic2是角频 率为ω的余弦波，RL上可得相对输入信号不失真的输出功率。
0.5fβ fβ 0.2fT fT
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1 高频功率放大器的动态特性
1、 放大区动态特性方程 当放大器工作在谐振状态时，其外部电路电压方程为：
若设： ub Ubm cost
ic
由上两式消除cos t 可得：
uBE
U BB
Ubm
EC uce U cm
又利用晶体管的内部特性关系式（折线方程）：
Icmax
ic
ic1
ic2 ic3
Ico
ωt
θc
θc
其中各系数分别为：
1
I co 2
icd (t )
I cmax
sinc c cosc ) 1 cosc
I cmax 0
c
1
I cm1 2
c c
ic
costd(t )
1
I cmax (
c
sin c cos c 1 cos c
(4)不能用线性模型电路分析，一般采用图解法分析和折线法
第1页/共56页
功率放大器按工作状态分类：
A（甲）类：导通角为 180o

O
iC
ICQ
wt O
vCE
iC
(b) 甲乙类放大
O
iC
wt O
iC
Q iB=常数
ICQ
vCE
甲乙类：介于甲类和乙类之间，BJT导通时间
(c) 乙大类于放半大 周而小于一周。Q点略大于0。
iB=常数
Q
损耗较小O ，效率较高，用于功wt放O，但失真严重。 vCE
iC
iC
问题讨论:
射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗？
及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。
一、功率放大电路的特点
3、波形失真小 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。
4、 功率管的散热要好
注意的问题
（1）BJT工作在大信号状态，所以小信号模型 不适用，应用图解法。
（2）BJT往往工作在极限参数情况下，要注意安 全使用。考虑散热问题及过电压、过电流保护问 题。
Re1 A
C
Re2
b2
T2
RL
ui
T3
D1 、 D2使b1和b2之间的电位 差等于2个二极管正向压降， 克服交越失真
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LM386： 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18V
一、乙类互补推挽功率放大电路
实际测试波形
二、甲乙类互补推挽功率放大电路
1、交越失真
乙类互补功率放大电路存在交越失真。
交越失真产生的原因： 晶体管特性存在非线性，
vi <V (BE)on时晶体管截止。

放大器设计基础
放大器的作用
放大器是电子系统中的重要组成 部分，用于放大微弱信号，以便
进一步处理或传输。
放大器的分类
根据工作频率、用途、电路形式等 因素，放大器有多种分类方式。
放大器的主要参数
放大倍数、输入输出电阻、带宽、 线性范围等。
放大器设计流程
明确设计要求
根据实际需求，确定放大器的 性能参数和用途。
课程设计要求与评价
设计要求
学生需根据所学理论知识，自行设计单级低频小信号放大器电路，并完成实验 操作。在设计过程中，应注重电路的合理性和可行性，并考虑实际应用需求。
评价标准
根据学生的电路设计、实验操作、数据分析以及报告撰写等方面进行评价。评 价时应注重学生的实际动手能力和问题解决能力，鼓励创新思维和实践能力的 发展。
宽较窄。
共基极放大器
共基极放大器具有电流放大作用 ，适用于高频信号放大。其特点 是输入电阻较小，输出电阻较大
，带宽较宽。
共集电极放大器
共集电极放大器具有电压跟随作 用，适用于信号缓冲和匹配。其 特点是输入电阻较大，输出电阻
较小，带宽适中。
05
单级低频小信号放大器应 用
放大器在电子系统中的应用
信号处理
器性能的重要指标。
03
单级低频小信号放大器原 理
晶体管放大器基础
晶体管放大器概述
晶体管放大器是一种电子器件，能够将输入的微弱信号放大到所 需的幅度。
晶体管类型与特性
晶体管有多种类型，如NPN、PNP型，每种类型具有不同的电流 和电压特性。
晶体管放大器性能指标
晶体管放大器的性能指标包括电压放大倍数、电流放大倍数、输入 电阻、输出电阻等。
单级低频小信号放大器课件

5、OTL乙类互补对称电路的优、缺点
优点 效率高，理想情况下最在可达
到78.5%，在静态时，ic1 、ic2 为0，
即：静态功耗为0。
缺点 在输入信号为 0 附近的区域内， VT1 和VT2 都不导通，因此会出现 交越失真。所以上电路若不改进， 则没有实用的价值。
6、交越失真现象
⑴ 产生交越失真的原因
0
VCC Icm
由于：
Icm
Vcem / RL
(VCC 2
Vces) / RL
所以：
PV
VCC (VCC / 2 Vces)
RL
VC2C
2RL
⑼ OTL乙类互补对称电路的最大效率m
1 VC2C
m
Pom PV
100%
8 RL VC2C
100% 100% 78.5% 4
2RL
电路实际上的效率比上值要低。因为电源提供的 功率有一部分转化为集电极的功耗，使管子发热产生 了温升。
⑴ 当vI为正半周时： VT1工作在放大 区，VT2工作在 截止区。(推)
⑵ 当vI为负半周时： VT1工作在截止 区，VT2工作在放大区。(挽)
⑶ 最后在两管的集电极合成一个完整的正弦波， 再通过T2耦合到负载RL上。
3、图解分析：
iC1
4、 传统的乙类推挽功率放大电路的 缺点：
⑴ 输入/输出变压器的体积大、重； ⑵ 因为是变压器耦合，故频带窄； ⑶ 存在交越失真和不对称失真； ⑷ 电路采用反馈时，易自激振荡。
负半周均不失真 ，如下图所示。
交流负
VCC
ic 载线
RE
Q
静态工作点：
直流负 载线
VCEQ = 0.5VCC

不断尝试
在调试和优化过程中，应不断尝试不同的方法和参数， 以找到最佳的配置。
常见问题与解决方案
波形失真
输出波形可能出现谐波失真或非线性失真。
稳定性问题
放大器可能出现不稳定或振荡现象。
常见问题与解决方案
• 效率不高：在某些情况下，放大 器的效率可能较低，导致热量积 累。
常见问题与解决方案
01
解决方案
数字控制技术
将数字信号处理和控制算法应用于PWM功率放大器，提高其性能 和稳定性。
应用领域拓展与市场前景
5G通信
随着5G通信技术的普及，PWM功率放大器在基站和终端设备中的 应用将进一步增加。
电动汽车与充电设施
电动汽车市场的快速发展将带动PWM功率放大器在车载充电机和 充电设施中的应用。
工业自动化
智能化与自动化
未来PWM功率放大器将更加智能化和自动化，具备自适 应调节、远程控制和故障诊断等功能。
安全与可靠性
随着应用领域的拓展，PWM功率放大器的安全性和可靠 性问题将更加突出，需要加强相关研究和测试。
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效率与失真度分析
总结词
效率与失真度是评价PWM功率放大器性能的重要参 数，它们分别反映了功率放大器的能量利用效率和信 号质量。
详细描述
效率是指功率放大器输出功率与输入功率的比值，反 映了能量利用的效率。高效率的PWM功率放大器能 够减少能源浪费和散热问题，提高整体性能。失真度 是指输出信号与输入信号在波形上的差异程度，包括 谐波失真和交叉调制失真等。失真度越低，信号质量 越好，能够更好地还原原始信号的特征。在PWM功 率放大器的设计中，需要综合考虑效率与失真度的要 求，通过优化调制波的参数和选择合适的电路拓扑结 构来实现最佳的性能表现。

•
典型56mA (2300MHz - 4000MHz)
•
·器件采共通引脚安排和匹配电路
同的封装尺寸、引脚安排和外部匹配电路，可以在不同频带工作
的所有基站射频前端设计上使用共通的印刷电路板设计，减少为
不同频带和地区市场提供基站解决方案时所需要的印刷电路板设 计数量。
• 高线性低噪声放大器关键功能
•
·1500MHz到2300MHz工作
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
•
同级最佳噪声指数(NF)：0.48dB @ 1900MHz
放大，则应尽量选用高的晶体管，使其工作频率范围位于噪声 系数-频率曲线的平坦部分。
•
场效应晶体管没有散粒噪声。在低频时主要是闪烁噪声，
频率较高时主要是沟道电阻所产生的热噪声。通常它的噪声比
晶体管的小，可用于频率高得多的低噪声放大器。
• 电源
•
内置有源偏压电路，Avago低噪声放大器的工作电流可以调整，
使设计工程师可以在工作功耗和输出线性度间进行取舍，通过OIP
3的测量并维持最佳的噪声指数，基站设计工程师可以拥有使用相
同Avago低噪声放大器满足各种设计需求和不同地区要求的灵活度。
由于必须在发射和接收电路卡中加入更多的通信频道，印刷电路
板的空间也成为基站设计工程师所面临的另一项关键设计挑战，A vago选用了小型4 mm2的QFN封装来满足这个市场需求，这两款新 低噪声放大器采用和Avago现有900MHz低噪声放大器MGA-633P8相
低噪声放大器ppt课件
• 晶体管的自身噪声由下列四部分组成。①闪烁噪声，其功率谱 密度随频率f的降低而增加，因此也叫作1/f噪声或低频噪声。频 率很低时这种噪声较大，频率较高时（几百赫以上）这种噪声 可以忽略。②基极电阻 rb‘b的热噪声和。③散粒噪声,这两种噪 声的功率谱密度基本上与频率无关。④分配噪声，其强度与f 的 平方成正比，当f高于晶体管的截止频率时,这种噪声急剧增加。 图1是晶体管噪声系数F随频率变化的曲线。对于低频，特别是 超低频低噪声放大器,应选用1/f噪声小的晶体管；对于中、高频