1、第四章第四章 多級(jí)放大電路及其在工程中的應(yīng)用多級(jí)放大電路及其在工程中的應(yīng)用第四節(jié)第四節(jié) 多級(jí)放大器的功率輸出級(jí)多級(jí)放大器的功率輸出級(jí) 一、功率放大器概述一、功率放大器概述 二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放） 三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放） 四、平衡式橋接推挽功放（四、平衡式橋接推挽功放（BTL功放）功放） 五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題 六、集成功率放大器六、集成功率放大器 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 一、功率放大器概述一、功率放大器概述 電壓放大器工作在小信號(hào)狀態(tài)，研究的主要問題是如何電壓

2、放大器工作在小信號(hào)狀態(tài)，研究的主要問題是如何使使“負(fù)載負(fù)載”得到大的不失真電壓信號(hào)，主要討論的指標(biāo)為電得到大的不失真電壓信號(hào)，主要討論的指標(biāo)為電壓或電流增益、輸入電阻和輸出電阻。而功率放大器工作在壓或電流增益、輸入電阻和輸出電阻。而功率放大器工作在大信號(hào)狀態(tài)下，是研究如何使負(fù)載得到盡可能大的功率，主大信號(hào)狀態(tài)下，是研究如何使負(fù)載得到盡可能大的功率，主要討論的指標(biāo)是輸出功率、效率、非線性失真等。要討論的指標(biāo)是輸出功率、效率、非線性失真等。 （一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 1 1輸出功率足夠大輸出功率足夠大omomomomooo2122IUIUIUP功率放大器必須在保證功功率

3、放大器必須在保證功放管安全工作的條件下，放管安全工作的條件下，輸出足夠大的功率。輸出足夠大的功率。 圖圖4-37 4-37 功率三角形功率三角形一、功率放大器概述一、功率放大器概述（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 2非線性失真要小非線性失真要小圖圖4-38 4-38 功率放大器的非線性失真功率放大器的非線性失真（a a）波頂失真）波頂失真 （b b）交越失真）交越失真 功放電路中，輸出功率和非線性失真成為一對(duì)功放電路中，輸出功率和非線性失真成為一對(duì)主要矛盾。要求非線性失真小，就必須限制輸出功主要矛盾。要求非線性失真小，就必須限制輸出功率。率。 （a）波頂失真）波頂失真（b）

4、交越失真）交越失真一、功率放大器概述一、功率放大器概述（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大器的基本要求 3效率要高效率要高在功放電路確定后，應(yīng)盡可能提高功放電路的效率。在功放電路確定后，應(yīng)盡可能提高功放電路的效率。 CCoPPoP：放大器輸出最大交流功率：放大器輸出最大交流功率 CCP：電源供給的直流功率：電源供給的直流功率 直流電源的直流電能一部分轉(zhuǎn)換為所需交流輸出功率，其它直流電源的直流電能一部分轉(zhuǎn)換為所需交流輸出功率，其它部分幾乎都消耗在功放管中。部分幾乎都消耗在功放管中。 一、功率放大器概述一、功率放大器概述4功放管的散熱要好功放管的散熱要好（一）功率放大器的基本要求（一）功率放大

5、器的基本要求 為了保證功放管安全工作，除限制它的最大集電極電壓和電流為了保證功放管安全工作，除限制它的最大集電極電壓和電流外，還應(yīng)限制功放管的結(jié)溫，為此，必須采取良好的散熱措施，外，還應(yīng)限制功放管的結(jié)溫，為此，必須采取良好的散熱措施，通常功放管都具有金屬散熱外殼。通常功放管都具有金屬散熱外殼。圖圖4-52 4-52 散熱片的安裝散熱片的安裝（a a）臥式安裝（）臥式安裝（b b）立式安裝）立式安裝圖圖4-39 4-39 功放管外形功放管外形（二）功率放大器的分類（二）功率放大器的分類一、功率放大器概述一、功率放大器概述1. 按靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同分按靜態(tài)工作點(diǎn)位置不同分 圖圖4-40 4-40

6、功率放大器的工作狀態(tài)功率放大器的工作狀態(tài)（a a）甲類放大）甲類放大 （b b）乙類放大）乙類放大 （c c）甲乙類放大）甲乙類放大甲類功放結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性好甲類功放結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，線性好，失真小，但管耗大，輸出，失真小，但管耗大，輸出功率小、效率低。乙類和甲功率小、效率低。乙類和甲乙類則是由兩個(gè)功放管組成乙類則是由兩個(gè)功放管組成的的“推挽推挽”功率放大器，靜功率放大器，靜態(tài)時(shí)電流小，降低了靜態(tài)損態(tài)時(shí)電流小，降低了靜態(tài)損耗，效率較高，理想效率可耗，效率較高，理想效率可達(dá)達(dá)78785 5。所以功率放大器。所以功率放大器常采用雙管推挽式電路。常采用雙管推挽式電路。 （二）功率放大器的分類（二）功率放大器的

7、分類一、功率放大器概述一、功率放大器概述2按耦合方式不同分按耦合方式不同分主要用于甲類的末級(jí)放主要用于甲類的末級(jí)放大電路，通常向負(fù)載提供的功率不是很大。大電路，通常向負(fù)載提供的功率不是很大。通過變壓器耦合可通過變壓器耦合可起到阻抗匹配的作用，使負(fù)載獲得最大功率。但由于變起到阻抗匹配的作用，使負(fù)載獲得最大功率。但由于變壓器體積大、笨重、頻率特性差，且不便于集成化，這壓器體積大、笨重、頻率特性差，且不便于集成化，這種耦合方式在低頻功率放大器中已逐漸被淘汰。種耦合方式在低頻功率放大器中已逐漸被淘汰。包括包括OCLOCL、OTLOTL和和BTLBTL以以及集成功率放大器，直接耦合功放電路是目前電子產(chǎn)品

8、及集成功率放大器，直接耦合功放電路是目前電子產(chǎn)品未級(jí)放大電路中較廣泛應(yīng)用的電路形式。未級(jí)放大電路中較廣泛應(yīng)用的電路形式。二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放） 1電路組成和工作原理電路組成和工作原理 圖圖4-41 4-41 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCLOCL功放）功放）由一對(duì)特性相同、類型不同的互補(bǔ)三極管（由一對(duì)特性相同、類型不同的互補(bǔ)三極管（NPNNPN、PNPPNP）組）組成對(duì)稱的射極輸出器電路。輸入信號(hào)接于兩管基極，負(fù)載成對(duì)稱的射極輸出器電路。輸入信號(hào)接于兩管基極，負(fù)載接在兩管發(fā)射極上，由正、負(fù)等值的雙電源供電。接在兩管發(fā)射極

9、上，由正、負(fù)等值的雙電源供電。 推挽功率放大器目前廣泛采用推挽功率放大器目前廣泛采用OCLOCL、OTLOTL和和BTLBTL電路，這些電路，這些電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，頻率響應(yīng)好，易于集成等電路具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，體積小，頻率響應(yīng)好，易于集成等優(yōu)點(diǎn)。優(yōu)點(diǎn)。2性能分析性能分析二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）圖圖4-42 OCL4-42 OCL電路的圖解分析電路的圖解分析2性能分析性能分析二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）圖圖4-42 OCL4-42 OCL電路的圖解分析電路的圖解分析（1 1）輸出功率）輸出功率 oP

10、LomLomRURUUIUP2omooo2122理想情況下，理想情況下， 最大不失真輸出功率：最大不失真輸出功率： LCCLcemLommRURURUP222o2121212性能分析性能分析二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）（2 2）直流電源供給的功率）直流電源供給的功率 CCPLomCC0LomCC0omCCCCCCCC2)d(sin22)d(sin22=RUUttRUUttIUIUP當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，即即 ：CComUULCCmRUP2CC2圖圖4-42 OCL4-42 OCL電路的圖解分析電路的圖解分析2性能分析性能分

11、析二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）（3 3）效率）效率 一般情況下，一般情況下， CComCCoUUPP4理想情況下，理想情況下， CComUU效率達(dá)最大效率達(dá)最大 %5 .784CCoPP圖圖4-42 OCL4-42 OCL電路的圖解分析電路的圖解分析2性能分析性能分析二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）（4 4）管耗）管耗兩個(gè)功放管的總管耗：兩個(gè)功放管的總管耗： L2omLomCCoCCT22=RURUUPPP圖圖4-42 OCL4-42 OCL電路的圖解分析電路的圖解分析3功放管的選擇功放管的選擇二、雙電源互

12、補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）功放管的極限參數(shù)應(yīng)滿足下列條件：功放管的極限參數(shù)應(yīng)滿足下列條件： omCMPP2 . 0CCCEOBRUU2)(LCCCMRUI以上三式可作為選擇功放管的依據(jù)。以上三式可作為選擇功放管的依據(jù)。二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）4交越失真及消除方法交越失真及消除方法當(dāng)輸當(dāng)輸入信號(hào)很小時(shí)，入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極開啟電壓，三極管不導(dǎo)通。因此管不導(dǎo)通。因此在負(fù)載上合成的在負(fù)載上合成的輸出電壓將在兩輸出電壓將在兩個(gè)半波交界處，個(gè)半波交界處，跨越正、負(fù)半波跨越正、負(fù)半波時(shí)

13、發(fā)生失真，時(shí)發(fā)生失真， 為了消除交越失真，必須設(shè)置基極偏置電路使互補(bǔ)為了消除交越失真，必須設(shè)置基極偏置電路使互補(bǔ)放大電路工作在甲乙類狀態(tài)，方法是在兩管的基極回路中加一放大電路工作在甲乙類狀態(tài)，方法是在兩管的基極回路中加一合適的偏置電壓，使管子的導(dǎo)通角略大于合適的偏置電壓，使管子的導(dǎo)通角略大于180 180 ，使管子工作，使管子工作在甲乙類狀態(tài)。在甲乙類狀態(tài)。圖圖4-43 4-43 交越失真及其消除交越失真及其消除（a a）交越失真產(chǎn)生）交越失真產(chǎn)生 （b b）消除交越失真）消除交越失真二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（二、雙電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OCL功放）功放）4交越失真及消除方法交越失真及消除方

14、法圖圖4-44 4-44 克服交越失真的偏置電路克服交越失真的偏置電路（a a）二極管偏置）二極管偏置 （b b）三極管偏置）三極管偏置利用兩只硅二極管串聯(lián)的正向管利用兩只硅二極管串聯(lián)的正向管壓降為兩功放管提供所需偏置，壓降為兩功放管提供所需偏置，以避免交越失真。以避免交越失真。 利用利用 VT3VT3管的壓降管的壓降U UCE3CE3作為功放管作為功放管的偏置電壓，的偏置電壓，克服交越失真。克服交越失真。三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放）1電路組成及工作原理電路組成及工作原理兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱的功放管。與兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱的功放管。與OCLOCL電路相比，它省去了

15、負(fù)電源電路相比，它省去了負(fù)電源，輸出端加接了一只大容量電容器。，輸出端加接了一只大容量電容器。 2性能分析性能分析三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放） OTL OTL功放電路的輸出功率、效率、管耗等計(jì)算方法與功放電路的輸出功率、效率、管耗等計(jì)算方法與OCLOCL功放電路完全相同。它們之間的差別僅是功放電路完全相同。它們之間的差別僅是OTLOTL為單電源供電為單電源供電。 理想情況下：理想情況下：2CComUULCCLCCLommRURURUP222o81)2/(2121選管條件：選管條件： omCMPP2 . 0CCCEOBRUU)(LCCCMRUI213

16、采用復(fù)合管的采用復(fù)合管的OTL功放功放三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放）把兩個(gè)及以上三極管按一定方式連接起來，等效為把兩個(gè)及以上三極管按一定方式連接起來，等效為一個(gè)三極管使用。一個(gè)三極管使用。 4. 實(shí)用的實(shí)用的OTL功放電路功放電路三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放）VT2VT2、VT4VT4及及VT3VT3、VT5VT5：組成互補(bǔ)復(fù)合管。：組成互補(bǔ)復(fù)合管。VT1VT1：前置電壓甲類放大電路。：前置電壓甲類放大電路。R4R4、VDVD：偏置電路，使復(fù)合管工作在甲乙類狀態(tài)，以消除交：偏置電路，使復(fù)合管工作在甲乙類狀態(tài)

17、，以消除交越越 失真，同時(shí)失真，同時(shí)VDVD還起到溫度補(bǔ)償作用。還起到溫度補(bǔ)償作用。R RP P：VT1VT1管的偏置電阻，同時(shí)起交、直流負(fù)反饋的作用，調(diào)整管的偏置電阻，同時(shí)起交、直流負(fù)反饋的作用，調(diào)整它使中點(diǎn)電壓它使中點(diǎn)電壓U UB B=U=UCCCC/2/2。 R7R7、R8R8：穿透電流分流電阻。：穿透電流分流電阻。R9R9、R10R10：輸出限流電阻，用于穩(wěn)定：輸出限流電阻，用于穩(wěn)定Q Q點(diǎn)、減少非線性失真。點(diǎn)、減少非線性失真。C2C2、R6R6：組成自舉電路，擴(kuò)大輸出的動(dòng)態(tài)范圍。：組成自舉電路，擴(kuò)大輸出的動(dòng)態(tài)范圍。C3C3、C6C6：交流負(fù)反饋電容，用于消除自激振蕩。：交流負(fù)反饋電容

18、，用于消除自激振蕩。 4. 實(shí)用的實(shí)用的OTL功放電路功放電路三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（三、單電源互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放（OTL功放）功放）四、平衡式橋接推挽功放（四、平衡式橋接推挽功放（BTLBTL功放）功放） 用兩組對(duì)稱和互補(bǔ)電路組成用兩組對(duì)稱和互補(bǔ)電路組成BTLBTL電路，輸出功率可增大好幾電路，輸出功率可增大好幾倍倍, ,同時(shí)提高電源同時(shí)提高電源利用率。利用率。 圖圖4-49 BTL4-49 BTL電路組成方框圖電路組成方框圖 兩路功輸入信號(hào)是反相的，所以負(fù)載一端的電位升高時(shí)，另一端兩路功輸入信號(hào)是反相的，所以負(fù)載一端的電位升高時(shí)，另一端則降低，因此負(fù)載上獲得的信號(hào)電壓要增加一倍。則降低，

19、因此負(fù)載上獲得的信號(hào)電壓要增加一倍。有輸入信號(hào)時(shí)：有輸入信號(hào)時(shí)：圖圖4-50 BTL4-50 BTL功放部分工作原理圖功放部分工作原理圖 四、平衡式橋接推挽功放（四、平衡式橋接推挽功放（BTLBTL功放）功放）靜態(tài)時(shí)：靜態(tài)時(shí)： LR中沒有電流流過。中沒有電流流過。 最大輸出功率：最大輸出功率：)21(42122oLCCLommRURUPBTLBTL放大電路輸出功率較大，頻響、失真等性能也比較好，放大電路輸出功率較大，頻響、失真等性能也比較好，負(fù)載可以不接地，既可以使用單電源也可以使用雙電源。負(fù)載可以不接地，既可以使用單電源也可以使用雙電源。 五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題五、功率放大器使用應(yīng)注

20、意的問題1功放管的并聯(lián)應(yīng)用功放管的并聯(lián)應(yīng)用功放管并聯(lián)工作時(shí)，功放管并聯(lián)工作時(shí)，由于管子的特性不一由于管子的特性不一致，會(huì)使兩個(gè)管子的致，會(huì)使兩個(gè)管子的電流分配不均勻，造電流分配不均勻，造成某個(gè)管子過電流以成某個(gè)管子過電流以致?lián)p壞。故，在各管致?lián)p壞。故，在各管的發(fā)射極電路中接入的發(fā)射極電路中接入均流電阻均流電阻R RE E 2保持良好的散熱保持良好的散熱功放管的允許管耗受功放管的允許管耗受管子允許結(jié)溫的限制管子允許結(jié)溫的限制，與管子的散熱情況，與管子的散熱情況有密切的關(guān)系。采取有密切的關(guān)系。采取散熱措施，能保證管散熱措施，能保證管子安全工作，增加功子安全工作，增加功放管的輸出功率。放管的輸出功率

21、。五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題圖圖4-52 4-52 散熱片的安裝散熱片的安裝（a a）臥式安裝（）臥式安裝（b b）立式安裝）立式安裝3防止二次擊穿防止二次擊穿五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題管耗并未超過允許的管耗并未超過允許的P PCMCM值，且管子也不是很值，且管子也不是很燙，管子卻突然失效或者性能顯著下降。燙，管子卻突然失效或者性能顯著下降。 一次擊穿出現(xiàn)后，若不采取措施，一次擊穿出現(xiàn)后，若不采取措施，i iC C繼續(xù)增大，三繼續(xù)增大，三極管的工作狀態(tài)將會(huì)迅速移向低壓大電流區(qū)出現(xiàn)二次擊穿極管的工作狀態(tài)將會(huì)迅速移向低壓大電流區(qū)出

22、現(xiàn)二次擊穿，造成永久損壞。，造成永久損壞。 選擇功放管時(shí)，極限參數(shù)的選擇要留有余地，選擇功放管時(shí)，極限參數(shù)的選擇要留有余地，但功放管的安全工作范圍相應(yīng)地也變小了。但功放管的安全工作范圍相應(yīng)地也變小了。3防止二次擊穿防止二次擊穿五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題五、功率放大器使用應(yīng)注意的問題4采取保護(hù)措施采取保護(hù)措施為了保證功率管安全工作，電路中應(yīng)采取過壓、過流為了保證功率管安全工作，電路中應(yīng)采取過壓、過流和短路保護(hù)等措施。和短路保護(hù)等措施。六、集成功率放大器六、集成功率放大器1集成功率放大器概述集成功率放大器概述采用平面集成工藝，把功率放大器中的晶體管和電采用平面集成工藝，把功率放大器中的晶體管和

23、電阻都制作在同一硅片上。阻都制作在同一硅片上。（1）性能好、體積小、管耗低、可靠性高、電源利用率性能好、體積小、管耗低、可靠性高、電源利用率高、價(jià)格便宜，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、方便，只需外接負(fù)載和電高、價(jià)格便宜，安裝調(diào)試簡(jiǎn)單、方便，只需外接負(fù)載和電容器即可。容器即可。（2）晶體管的對(duì)稱性和靜態(tài)電流都處于最佳狀態(tài)，所以）晶體管的對(duì)稱性和靜態(tài)電流都處于最佳狀態(tài)，所以失真度小，溫度穩(wěn)定性好，失真度小，溫度穩(wěn)定性好，（3）有過熱、過流、過壓保護(hù)電路，器件損壞率低，）有過熱、過流、過壓保護(hù)電路，器件損壞率低，廣泛應(yīng)用在收音機(jī)、錄音機(jī)、對(duì)講機(jī)、電視機(jī)廣泛應(yīng)用在收音機(jī)、錄音機(jī)、對(duì)講機(jī)、電視機(jī)和直流伺服系統(tǒng)中的功率放

24、大部分和直流伺服系統(tǒng)中的功率放大部分2. LM386小功率音頻集成功放小功率音頻集成功放六、集成功率放大器六、集成功率放大器圖圖4-55 LM 3864-55 LM 386外形與管腳排列外形與管腳排列（a)a)外形圖外形圖 （b)b)管腳排列圖管腳排列圖（1 1）主要性能指標(biāo)）主要性能指標(biāo)額定工作電壓額定工作電壓:4:416V16V。、腳開路時(shí)帶寬、腳開路時(shí)帶寬300kHZ300kHZ，總諧波失真為，總諧波失真為0.2%,0.2%,輸入阻抗為輸入阻抗為50K50K。電源電壓為電源電壓為9V9V，負(fù)載阻抗，負(fù)載阻抗為為88時(shí)，輸出功率可達(dá)時(shí)，輸出功率可達(dá)1.3W 1.3W 。一般使用時(shí)不需散熱片。一般使用時(shí)不需散熱片。、腳間外接電阻、腳間外接電阻R R，則：，則： RRRRAuf/2435、之間交流短路時(shí)、之間交流短路時(shí)： 200235RRAuf2. LM386小功