1、1第八章 功率放大器8.1 引言8.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類8.3 甲類功率放大器8.4 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器8.5 甲乙類雙電源功率放大器8.6 甲乙類單電源功率放大器8.7 橋式功率放大器8.8 集成功率放大器28.1 引言 功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶負(fù)載能力要強(qiáng)。輸入A1A2An-1An輸出12n-1n前置級(jí)：電壓放大末前級(jí)末級(jí)功率放大38.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類1、功率放大電路的任務(wù)和特點(diǎn): (1)大信號(hào)工作狀態(tài) 為了輸出足夠大的功率， 要求輸出電壓和 輸出電流幅度都比較大， 對(duì)功率管來講是工作于大信號(hào)狀態(tài)。 (2)減少非線性

2、失真 因?yàn)楣Ψ殴艿姆蔷€性， 加上工作于大信號(hào)狀態(tài)，所以,如何減小非線性失真是功率放大電路的一個(gè)重要問題。 (3)提高效率，降低管耗 直流電流提供的能量，盡可能大地轉(zhuǎn)換為負(fù)載上的輸出交流功率，盡可能地減少功放管的管耗，即提高功率轉(zhuǎn)換效率。48.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類2、功率放大電路分析方法 因功率放大電路在大信號(hào)狀態(tài)，微變等效電路不能用，通常采用圖解分析法。3、主要技術(shù)指標(biāo) (1)Po和Pom要大 Po定義為輸出電壓和輸出電流有效值的乘積。即Vom和Iom分別為輸出電壓和電流的峰值。 Pom定義為在基本不失真的情況下，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。 Vomax，Iomax分

3、別為最大的輸出電壓和輸入電流。5(3) 管耗PC 要小 損耗在功率放大管上的功率叫做功放管的損耗，用PC表示。(4) 效率要高 Po ：提供給負(fù)載的交流功率 PD ：直流電源提供的功率8.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類64、功放管的保護(hù)與散熱問題 因?yàn)榈皖l功率放大電路,轉(zhuǎn)換效率78%，所以相當(dāng)大的功率消耗在管子集電結(jié)上，使管子溫度升高，當(dāng)結(jié)溫超過允許值（硅管約200，鍺管為100）功放管被損壞，所以必須給功放管加散熱片。8.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類75、功放管工作的三種狀態(tài)(1)甲類：靜態(tài)工作點(diǎn)處負(fù)載線中間 A、三極管導(dǎo)通角為360，不管有無交流輸入信號(hào)vi，PD=ICVCC。 B、當(dāng)vi=0時(shí)

4、，PD全部消耗在管子和電阻上。 當(dāng)vi0時(shí)， PD一部分轉(zhuǎn)換為PO，另一部分消耗在功放管上,理想情況下 50%。 C、甲類工作狀態(tài)非線性失真小，但低。8.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類8(2）乙類靜態(tài)工作點(diǎn)接近截止區(qū):導(dǎo)通角Q=1808.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類9(3) 甲乙類: 靜態(tài)工作點(diǎn)處于甲類和乙類之間:導(dǎo)通角180Q360 ，甲乙類與乙類的高，理想時(shí)達(dá)到78%，因?yàn)镼點(diǎn)偏低，IC產(chǎn)生嚴(yán)重的截止失真。但可通過采取適當(dāng)?shù)碾娐方Y(jié)構(gòu)可以使這兩類電路既保持管耗小，又不致于產(chǎn)生較大的失真。8.2 功率放大器的特點(diǎn)和分類108.4 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器1、OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 (1)電路

5、組成 A、V1為NPN, V2為PNP, V1、V2特性相同，電路對(duì)稱互補(bǔ) B、電路接成射極輸出器的形式, 雖然Au 1，但Ai=（1+）倍，可以有足夠的功率放大作用。11(2)工作原理A、靜態(tài): IC1=IC2=0, VCE1=-VCE2=VCC 工作于乙類狀態(tài)，靜態(tài)損耗為零B、有正弦信號(hào)時(shí) (i) vi正半周：V1導(dǎo)通， V2截止 ic1流向： +VCC V1導(dǎo)通管RL, 在RL上產(chǎn)生正半周的輸出電壓。 (ii) vi負(fù)半周： V2導(dǎo)通， V1截止 ic2流向： RL V2導(dǎo)通管-VCC, 在RL上產(chǎn)生負(fù)半周的輸出電壓。12(2)工作原理 C、因?yàn)殡娐返恼?fù)電源和電路結(jié)構(gòu)完全對(duì)稱，所以靜態(tài)

6、時(shí)輸出端電壓為0，不必采用耦合電容來隔直，因此這種電路有叫做OCL電路（Output Capacitorless）. 由于沒有耦合電路，所以O(shè)CL電路具有較好的頻率特性。132、分析計(jì)算 由于電路對(duì)稱，只要分析V1管工作情況。因?yàn)関CE1=VCC iC1RL作直流負(fù)載線AQ :當(dāng) vCE1 =0時(shí), iC1=VCC/RL,對(duì)應(yīng)A點(diǎn)當(dāng) iC1=0時(shí), vCE1 =VCC,對(duì)應(yīng)Q點(diǎn)14(1)輸出功率PO和最大不失真輸出功率POm 如忽略功放管的飽和壓降 Vomax=VCC , Iomax=VCC/RL 所以15(2)直流電源提供的功率由于+VCC和-VCC每個(gè)電源只有半周期供電，因此在一周期內(nèi)的平

7、均電流為兩個(gè)電源提供的總功率為可見PD隨輸出信號(hào)Vom的增大而增加，這和甲類功放相比有本質(zhì)的區(qū)別。當(dāng)獲得最大不失真輸出時(shí)， 電源提供最大功率(3)效率16(4)管耗PC與功率三極管的選擇A、每個(gè)管子的管耗為：B、什么情況下管耗最大？可得出：Vom=2VCC/=0.64VCC時(shí)，管耗最大，可見最大管耗，并不發(fā)生在輸出最大時(shí)，而是發(fā)生在Vom=2VOC/0.64VCC處，代入上式可見每管的最大管耗為17 因?yàn)?所以當(dāng)最大管耗發(fā)生時(shí)，輸出功率為 所以出現(xiàn)最大管耗時(shí)，并不是輸出功率最大時(shí)，而是發(fā)生在輸出功率為0.4Pom時(shí)。18 (5)交越失真 (i)因?yàn)槿?jí)管存在死區(qū)電壓，所以輸出波形在輸入信號(hào)零點(diǎn)

8、附近出現(xiàn)交越失真。 (ii)為了克服交越失真功放管的工作狀態(tài)應(yīng)改為甲乙類。191、甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 (1)電路組成與工作原理 A、電路 V1、V2構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，V3為輸出級(jí)的前置級(jí)，流源IC3給V3、VD1和VD2提供靜態(tài)偏置電流。 8.4 乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器20B、 靜態(tài)時(shí)， 電流IC3在VD1、 VD2上產(chǎn)生靜態(tài)壓降， 給V1、 V2的發(fā)射結(jié)提供靜態(tài)偏置， 使V1、 V2的靜態(tài)集電極電流不為0， V1、 V2處于甲乙類放大狀態(tài)。 由于電路結(jié)構(gòu)對(duì)稱， 靜態(tài)時(shí)IC1=IC2， 因此RL中無靜態(tài)電流過， 輸出電壓仍然為零。21 C、有輸入信號(hào)時(shí) 有輸入信號(hào)時(shí)

9、， VD1、 VD2 的動(dòng)態(tài)電阻很小， 所以VD1、 VD2上的交流壓降也很小， 基本不影響動(dòng)態(tài)特性， 可以認(rèn)為加在兩個(gè)功放管上的交流信號(hào)是一樣的。 由于V1、 V2已經(jīng)處于導(dǎo)通狀態(tài)， 即使輸入信號(hào)較小， 依然可以被功放管輸出給負(fù)載， 由此消除了交越失真。22D、改進(jìn)電路 圖為可調(diào)偏置電壓的互補(bǔ)對(duì)稱電路， 偏置電壓UAB的大小為 只要改變R1、 R2的比值， 就可以改變V1、 V2的偏置電壓值， 在集成電路中經(jīng)常可以見到這種電路結(jié)構(gòu)。23 (2) 主要技術(shù)指標(biāo)的計(jì)算 可以看出， 為了提高功率放大電路的效率，在保證消除交越失真的同時(shí)，甲乙類電路的靜態(tài)工作點(diǎn)位置僅比截止區(qū)稍高一點(diǎn)，集電極電流依然是

10、一個(gè)相當(dāng)小的數(shù)值， 因此功率損耗只是略有增加，效率仍接近于原來的乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路，乙類功放的計(jì)算公式完全可以適用于甲乙類電路。 248.5 單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路） OCL電路的低頻響應(yīng)好、 便于集成化， 但需要兩個(gè)獨(dú)立的電源， 有時(shí)使用不太方便。 下面介紹可以使用單電源的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路， 叫做OTL（Output Transformerless， 無輸出變壓器）電路。251、電路 A、V3為前置放大級(jí)B、RB、RC、RE為偏置電路，使V1、V2工作于甲乙類。C、只用單電源VCC，所以必須增加大電容C 。靜止態(tài)時(shí)VE=VCC/2262、工作原理 (1)當(dāng)vi為正弦信號(hào)負(fù)半周, V

11、c3 使V1導(dǎo)通，ic1的途徑： +Vcc V1導(dǎo)通管 C RL; V2截止充電27(2)當(dāng)vi正弦信號(hào)負(fù)半周VC3 使 V2導(dǎo)通, V1截止. 產(chǎn)生iC2，iC2的途徑： +VC V2導(dǎo)通管 RL - VC由此可見，在vi的一個(gè)周期內(nèi)，iC1和iC2交替以相反的方向流過RL，在RL上獲得完整的正弦電壓波形。 這時(shí) 當(dāng)做V2導(dǎo)通管的電源放電充電28(3)耦合電容選幾百至幾千F的電解電容，使在輸入信號(hào)變化過程中，C兩端電壓保持 基本上不變。(4)在分析計(jì)算OTL電路時(shí)，只需將VCC用 替代，即可直接應(yīng)用OCL電路的出的公式。293、準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 由于大功率的NPN和PNP管不容易做到良

12、好的對(duì)稱性，為了提高功放電路的性能。廣泛采用復(fù)合功率管， 稱準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路，圖中：V3，V4同為NPN大功率管，易配對(duì)，可以輸出較大的電流；V1，V2采用異型NPN和PNP的小功率管，也容易配對(duì)。這樣，既獲得良好的對(duì)稱性，又能獲得大電流輸出。R1，R2有利提高V4，V5的耐壓及溫度穩(wěn)定性30 復(fù)合管的組成原則及其參數(shù)1復(fù)合管的組成原則 由兩只或兩只以上的三極管組成的一只等效三極管。 31構(gòu)成原則： （1）從接法上看：前一個(gè)管子ce極(或場(chǎng)效應(yīng)管的d- s極)跨接在后一個(gè)管子的b c極間，并且有正確的電流通路。 （2）從類型上看 ：等效后的復(fù)合管的類型與第一個(gè)管子的類型一致。 （3）復(fù)合管的

13、電流放大倍數(shù)為兩管電流放大倍數(shù)的乘積32在如圖所示電路中， 已知三極管導(dǎo)通時(shí)的|UBE|=0.7V。VCC=24V，RL=16。試問： （1）T1、T2和T3管的基極靜態(tài)電位分別為多少？ （2）設(shè)R2=10k，且忽略T2、T3管的靜態(tài)電流，則T1管集電極靜態(tài)電流為多少？ （3）R3、D1、D2的作用是什么？若R3短路會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？若D1開路會(huì)出現(xiàn)什么現(xiàn)象？ （4）設(shè)T2 和 T3 管的飽和壓降|UCES|=0.3V，負(fù)載上可能獲得的最大功率和效率各為多少？ （5）設(shè)T4和T5管的管壓降|UCE| 2V，為使電路的最大輸出功率不小于2W，則電源電壓至少為多少？ 準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路33（1）

14、UB1=UBE=0.7V （3） R3、D1、D2的作用是消除交越失真。 若R3短路，稍有交越失真；若D1開路，功放管集電極靜態(tài)功耗可能遠(yuǎn)大于功放管的額定功耗，造成功放管因功耗過大而燒毀。 UB2=12+UBE4+UBE2=13.4VUB3=12-|UBE3|=11.3V 解：（2） 34（4）欲使負(fù)載得到最大功率，T2、T3將達(dá)到飽和，故 （5）由 可得 358.7 橋式功率放大電路橋式互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路也叫BTL（Balanced Transformerless）電路。 BTL電路是在OCL和OTL電路基礎(chǔ)上得來的。它可以在電源電壓較低的情況下輸出較大的功率。在相同的電源電壓和負(fù)載條件下

15、BTL電路輸出功率可以是OCL或OTL電路的四倍。并且具有單電源頻率響應(yīng)好的優(yōu)點(diǎn)，所以在大功率放大電路中得到了廣泛的應(yīng)用。36 電路結(jié)構(gòu)類似于差動(dòng)放大電路，由兩個(gè)對(duì)稱的OTL（或OCL）電路組成。其中V1、 V3組成一組互補(bǔ)對(duì)稱電路， V2、 V4組成另一組互補(bǔ)對(duì)稱電路， 負(fù)載RL接在兩個(gè)互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出端E1和E2之間。 這樣， 晶體管V1V4組成了電橋的四個(gè)臂， 故稱為橋式互補(bǔ)對(duì)稱電路。 37 集成功率放大電路大多工作在音頻范圍， 除具有可靠性高、 使用方便、 性能好、 重量輕、 造價(jià)低等集成電路的一般特點(diǎn)外， 還具有功耗小、 非線性失真小和溫度穩(wěn)定性好等優(yōu)點(diǎn)。 集成功率放大器品種繁多，

16、 輸出功率從幾十毫瓦至幾百瓦的都有， 有些集成功放既可以雙電源供電， 又可以單電源供電， 還可以接成BTL電路的形式。 從用途上分， 有通用型和專用型功放； 從輸出功率上分， 有小功率功放和大功率功放等。8.8 集成功率放大器 381LM386的內(nèi)部電路 輸入級(jí)：T1和T3、T2和T4構(gòu)成的復(fù)合管組成差動(dòng)放大電路以抑制零點(diǎn)漂移。T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2的有源負(fù)載，以提高電路的增益。1LM386集成功率放大器39 中間級(jí)：由T7組成共射放大電路，集電極負(fù)載為電流源，以獲得更高的電壓放大倍數(shù)。 輸出級(jí)：由T8和T9、T10組成的復(fù)合管共同構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。D1、D2使互補(bǔ)管工作在甲乙類狀態(tài)。402LM386的引腳圖及其應(yīng)用 如果1、8腳之間開路，集成功放的電壓增益約為20；當(dāng)1、8