1
Plan du cours
Rozdział III-5 Wzmacniacze mocy
Chapter III-5 Power amplifiers
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
1
Plan du cours
Rozdział III-5 Wzmacniacze mocy
Chapter III-5 Power amplifiers
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
2
Z
e
G
v0
v
e
R
s
v
e
i
e
i
s
v
s
R
g
R
L
v
g
Obciążenie
(load)
By zwiększyć PS in orger to increase Ps :
1. Zwiększać Vs increase Vs=>
= ale V
s max
jest zawsze ograniczone
-2. Zmniejszyć R
L
co oznacza prace z dużym
prądem na wyjściu
Decreae of
R
L
, this induces
the output current increase
Wzmacniacze mocy Power amplifiers
L
eff
S
eff
s
eff
s
s
R
V
xV
i
P
2
L
seff
eff
R
V
i
L
eff
s
S
S
S
L
R
V
P
P
R
R
4
2
,
max
Dla R
s
o danej wartości , największą moc na wyjściu
osiągnie się gdy
For given Rs the highest output power is obtained when :
R
s
=R
L
=> warunek dopasowania matching condition
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power
Amplifiers
CEL goal / Uzyskanie dużej mocy na wyjściu To achieve a high output power
3
Moc a wyjściu
Output power
+
-
V
S
V
B
= -V
cc
V
H
= +V
cc
A
R
s
R
L
Należy szukać innych rozwiązań niż WOP
=>Wzmacniacze mocy
Zastosowanie Use
Moc W
Power W
Nadajnik radiowy FM, AM
FM ratio emitter
100 kW
Nagłośnienie koncertu
Concert hall
5 kW
Wzmacniacz Hi Fi
Hi FI amplifier
2x 50-300 W
Wzmacniacz radia samochodowego
Car Radio amplifier
4 x 50 W
Telefon komórkowy G3
Mobile output G3 power
2W
Telefon komórkowy GSM
Mobile output G3 power
1W
Ruter WIFI
Router WIFI
0.1W
Nadajnik Bluetooth (1 m)
Bluetooth emitter
1mW
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacze mocy Power amplifiers
- OAP =>R
S
100 W
- V
eff
max 10V
W
x
P
S
5
.
0
100
2
10
2
max
4
Sprawnosc, power efficiency
P
e
=P
wejscia input
P
s
=P
wyjscia output
P
a
=P
zasilania, supplied
P
d
=P
tracona dissipated
e
a
a
P
P
P
a
s
f
s
P
P
P
P
a
s
a
d
P
P
P
P
1
Moc dostraczona supplied power
Sprawność efficiency
Moc tracona na wzmacniaczu
Power dissipated
Chłodzenie
cooling
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacze mocy Power amplifiers
5
Rozwiazania solutions
- tranzystor bipolairny bipolar transistor
- tranzystorry transistors FET ,MOS
- na lampach tubes
• Na układach scalonych integrated circuits
A
m
p
li
A
u
d
io
H
IF
I
T
D
A
1
5
2
1
Wzmacniacz GSM PBL 40305
W
P
1000
100
W
P
s
50
1
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
6
Wzmacniacz Klasy A Class A
R
L
+E
I
c
I
B
V
CE
V
BE
I
C
I
B
Punkt pracy Operation point
Wejście Input
Wyjście Output
E
V
s
2
2
2
sin
)
(
)
(
max
max
0
E
V
E
V
t
V
V
t
V
t
V
seff
sm
sm
CE
CE
S
L
L
eff
S
s
R
E
R
V
P
8
2
max
2
max
25
.
0
2
2
2
sin
2
1
2
max
max
2
max
max
0
max
a
s
L
L
moyT
a
f
f
L
T
L
L
moyT
f
P
P
n
R
E
R
E
E
i
x
U
P
R
E
dt
t
R
E
T
R
E
i
V
CEo
≈E/2
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
7
V
CE
V
BE
I
C
I
B
Punkty pracy
Operation point
R
L
+E
I
c
I
B
0 2p
q
T
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacz Klasy B Amplifier Classe B
(
Wzmacniacz przeciwsobny, push-pull
Wejście
Input
Wyjście
Output
8
Wzmacniacz Klasy B tranzystory idealne
Amplifier Classe B perfect transistors
R
L
v
e
v
s
NPN
PNP
T
1
T
2
E
E
+
-
+
-
Wzmacniacz wtórnikowy
Current follower set up
R
e
R
L
=>duże
R
s
h
11
/ 0
G
v
1
G
i
≈
i1
I
B
is
i1
V
e
V
s
=i
s
R
L
is=i1-i2
i1
i2
L
2
L
2
max
2
max
max
2R
E
R
2
E
P
L
seff
s
s
R
U
E
U
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
9
E
u
i
amax
=E/R
L
t
t
L
L
amoyT
R
E
dt
t
R
E
E
dt
t
i
t
u
2
sin
T
1
T
1
P
E
t
u
a
c
a
πR
E
P
2
2
Moc dostarczona przez jedno zrodlo
Power delivered by a supply source
Dla dwoch zrodel for two sources :
78
0
4
2
2
2
2
,
π
E
πR
R
E
P
P
η
c
c
a
s
Uwaga Attention :
- Zwykle typically V
smax
< E.:
-Sprawność się wtedy obniża
-Efficiency decreases :
c
2
smax
max
2R
V
P
s
78
.
0
4E
πV
smax
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacz Klasy B tranzystory idealne
Amplifier Classe B perfect transistors
U
BE
=0
10
V
CE
V
BE
I
C
I
B
R
L
+E
I
c
I
B
0 2p
q
T
%
78
4
max
max
max
a
s
P
P
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacz Klasy AB amplifier class AB
Wejście
Wyjście
11
0.6 V
- 0.6 V
V
e
i
s
R
L
v
e
v
s
NPN
PNP
T
1
T
2
E
E
+
-
+
-
R
R
0,6 V
0,6 V
Rozwiazanie praktyczne dla klasy AB
practical solutions for AB class
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
U
A
U
A
U
B
U
B
Przesuwnik napiecia tension shift
i
s
12
Wzmocnienie mocy Power gain G
p
=G
v
xG
i
→ wtórniki zapewniają wzmocnienie prądowe followers provide current gain Gi= ale Gv=1
→ WOP zapewnia wzmocnienie napięciowe OPA assures tension gain G
v
R
L
v
s
NPN
PNP
T
1
T
2
E
E
+
-
+
-
R
R
r
r
+
-
A
v
s1
R
1
R
2
A
G
v
=1
+
-
R
1
R
2
1
2
1
R
R
G
v
V
e
V
e
V
s
Wzmacniacz klasy AB ze wzmacniaczem napięciowym i sprzężeniem zwrotnym
AB class amplifier with tension amplifier and negative feedback
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
13
V
CE
V
BE
I
C
I
B
R
+E
I
c
0 2p
q
A=f(q)
Druga harmoniczna
Second harmonic
-E
T
f
0 fo 2fo
L
C
o
wyjscia
f
LC
f
2
2
1
%
85
60
max
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacz Klasy C Class C amplifier
Prosta obciążenia
Wejście
Wyjście
14
V
CE
V
BE
I
C
I
B
R
+E
I
c
I
B
t
ON
E
V
ce
Stan ON
V
ce
=0 V
s
=E, I
s
=I
c
=E/R
L
, P
s
=U
s
x i
s
=E x E/R
L,
=
E
2
/R
L
P
a
=U
a
x i
a
=E x E/R
L
,=
E
2
/R
L
Vs
h=100%
Wartośćteoretyczna theoretical value
zwykle typically 90%
bo czas przełączenia ON/OFF jest >0
Because swiching time is >0
Stan OFF
V
ce
=E V
s
=0, I
s
=I
c
=0, P
s
=U
s
x i
s
=
0
P
a
=U
a
x i
a
=E x 0,=
0
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Wzmacniacz Klasy D Class D amplifier
Input
Output
15
Zastosowanie klasy D
Use of D class
Wzmacniacz PWM (pulse width modulation
Input
Wyjscie
output
Moduator PWM
Wzmacniacz klasy D
Class D amplifier
Filtr dolno
przepustowy
Low pass filter
T
t
ON
t
ON
/ T = f(V
e
)
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
16
http://www.maximintegrated.com/
wzmacniacz przeciwsobny klasy
D z uzyciem sygnalow PWM
D class push pull amplifier using pulse
using modulated signal (PWM)
17
NPN :
PNP :
1
2
i
B
2V
BE
2V
BE
eq
=
1
+
2
+
1
2
1
2
i
B
1
2
2V
BE
2V
BE
eq
=
1
+
2
+
1
2
1
2
Zwiększenie
increase of : układ setup of Darlington
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Sposob na zwiekszenie mocy wyjsciowej
How to increase power
18
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power Amplifiers
Use of Darlinton in order to control a DC motor
19
V
e
Ampli
1
E
Ampli
2
V
e1
V
s1
V
s2
V
e2
Sposob na zwiekszenie mocy wyjsciowej
How to increase output power
V
smax
-1
-E
V
smax
=E-(-E)=2E
P
s
X
4
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power
Amplifiers
20
V+
e
Ampli
1
+E
Ampli
2
-V+
e
V
smax
+E
V
smax
=E-(-E)=2E
P
s
X
4
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power
Amplifiers
Ampli
4
Ampli
3
-E
V-
e
- V-
e
Kazdy wzmacniacz dostracza 25% mocy
Each amplifier delivers 25% of power
Sposob na zwiekszenie mocy wyjsciowej uklad mostkowy
How to increase output power bridge set up
21
V+
e
+E
-V+
e
uklad mostkowy : klasa D driver silnikow krokowych
Bridge type D class step in motor driver
+E
B.Piwakowski Analog electronics , Chapter III-5 Power
Amplifiers
-E
V-
e
- V-
e
-E
B.Piwakowski Ecole Centrale de
Pekin Electronic systems , Chapter
VI Power Amplifiers
22
Step in motor drivers => Bridge class D
4 x pnp darlington power transistors C
or 4 x FET bridge
Z=R+jwL
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
23
Bridge amplifier DC to motor control
+E
or -E
May operate as class B or D
B.Piwakowski Analog electronics ,
Chapter III-5 Power Amplifiers
24
http://www.maximintegrated.com/
Input = 1
Input =0
Mostkowy akustyczny wzmacniacz
klasy D z uzyciem sygnalow PWM
Bridge audio D class amplifier using pulse
width modulated signal (PWM)