第9章功率電路及系統(tǒng)1模擬電子技術9—1功率放大器9—1—1功率放大器的特點及工作狀態(tài)分類一、特點(1)給負載提供不失真的、足夠大的功率。(3)分析方法以圖解法為主。(2)大信號工作。以提供給負載足夠大的功率為主要目標的放大器。2模擬電子技術(4)非線性失真與其他交流指標間的矛盾突出。(5)提高效率成為重要的關注點。在效率高、非線性失真小、安全工作的前提下，向負載提供足夠大的功率。對功率放大器的要求：(6)功率器件的安全問題必須考慮。3模擬電子技術甲類甲類：功率管在一個周期內導通(非線性失真小,但效率低)。

Q′乙類乙類：功率管僅在半個周期內導通(非線性失真較大,但效率較高)。

丙類Q〞丙類：功率管小于半個周期內導通(非線性失真大,但效率高)。

Q〞甲乙類甲乙類：管子在大于半個周期小于一個周期內導通。

(非線性失真和效率介于甲類和乙類之間.)

根據功率管在一個信號周期內導通時間的不同，功率管運用狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類等多種。二、工作狀態(tài)分類4模擬電子技術圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類(a)甲類(導通角為180°)非線性失真小，但能量轉換效率太低。理想情況下：5模擬電子技術(b)乙類(導通角為90°)圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類非線性失真大，但能量轉換效率很高。可通過改進電路結構，減小非線性失真。理想情況下：6模擬電子技術(c)丙類(導通角＜90°)圖9—1放大器的工作狀態(tài)分類主要用于高頻功放中。進一步提高能量轉換效率。7模擬電子技術電路圖9—2甲類功放電路及交、直流負載線9—1—2甲類(A類)功率放大器一、電路變壓器耦合，在ICQ一定時，通過調整變壓比，使負載獲得最大功率。8模擬電子技術圖9—2甲類功放電路及交、直流負載線mm9模擬電子技術二、功率與效率的計算1.電源供出功率PE2.負載得到的交流功率PL設變壓器效率ηT=1,則，即PE固定不變，與交流信號的大小或有無均無關。mm10模擬電子技術最佳負載情況下：此時最大輸出功率PLm為mm11模擬電子技術3.管子功耗PC

4.轉換能量的效率η12模擬電子技術當Ucm(max)=UCC,Icm(max)=ICQ時，效率達到最高：4.轉換能量的效率ηmm13模擬電子技術如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點。既降低Q點又不會引起截止失真的辦法：采用推挽輸出電路，或稱互補對稱射極輸出器。缺點：但又會引起截止失真。mm14模擬電子技術互補對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、PNP各一支；兩管特性一致。類型：互補對稱功率放大電路15模擬電子技術的結構特點：1.由NPN型、PNP型三極管構成兩個對稱的射極輸出器對接而成。2.雙電源供電。3.輸入輸出端不加隔直電容。無輸出電容的（OCL）互補對稱功放電路16模擬電子技術

9—1—3互補跟隨乙類(B類)功率放大器一、雙電源互補跟隨乙類功率放大器(OCL電路)1.電路OTL、OCL、BTL、變壓器耦合式等。OTL：Outputtransformerless。OCL：Outputcapacitorless。BTL：Balancedtransformerless。（橋式推挽電路）17模擬電子技術圖9—3互補跟隨乙類功率放大器(OCL電路)乙類互補功率放大電路波形的交越失真.avi18模擬電子技術圖9-3-1OCL電路中晶體管輸入回路工作示意圖19模擬電子技術2.功率與效率的計算圖9—4互補跟隨乙類功放負載線及工作點(a)單管負載線；(b)雙管負載線20模擬電子技術0iC2uCE2Q-UEEUEERLuCE1iC10Ucem(max)QUCCUCCRL圖9—4—1互補跟隨乙類功放單管負載線及工作點21模擬電子技術圖9—4互補跟隨乙類功放負載線及工作點(a)單管負載線；(b)雙管負載線乙類互補功率放大電路波形的合成.avi22模擬電子技術1)輸出交流功率PL令稱之為電壓利用系數，那么V1、V2為半周工作，但負載電流卻是完整的正弦波。23模擬電子技術信號增大，Uom增大，電壓利用率也增大。若忽略集電極飽和電壓，則最大ξ=1，故最大輸出功率PLm為24模擬電子技術當信號為零時，工作點接近于截止點，ICQ=0，電源不提供功率；而隨著信號的增大，iC增大，電源提供的功率也將隨之增大。這點與A類功放有本質的差別。PE=UCC·(iC1的直流分量)+|UEE|·(iC2的直流分量)2)電源提供的功率25模擬電子技術當信號最大時，Uom(max)≈UCC，所以電源輸出的最大功率為26模擬電子技術3)每管轉換能量的效率η當信號最大，ξ=1時，效率達到最高：B類的效率遠比A類的高。信號越大，效率越高。27模擬電子技術4)每個管子損耗PC可見，每個管子的損耗PC是輸出信號振幅的函數。將PC對Uom求導，可得出最大管耗PCm。令28模擬電子技術得出，當時，每管的損耗最大：29模擬電子技術3.選擇功率管(1)已知PLm及RL，選UCC，則(2)已知PLm，選擇管子允許的最大功耗PCM。管子允許的最大功耗例如要求輸出功率為10w時則只要選用兩個額定管耗大于2w的管子就可以了。30模擬電子技術(3)管子的擊穿電壓U(BR)CEO。(4)管子允許的最大電流ICM。31模擬電子技術二個三極管的總功耗0.4P0M，每個三極管的最大功耗為PTM=0.2P0M4.OCL乙類互補對稱電路的特點OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應，又便于集成化；注意：二個三極管的發(fā)射極直接連接到負載上，如果Q點失調，電路將過載，損壞電路，常常在負載回路接入熔斷器作為保護。32模擬電子技術二.單電源供電的互補推挽電路(OTL)

1.電路特點

(1)

單電源供電；

(2)

負載串接大容量隔直電容C,VCC

與兩管串接，若兩管特性配對，則VA=VCC/2，C實際上等效為電壓等于VCC/2的直流電源。VT1管的直流供電電壓：VCC

VA＝VCC/2VT2的供電電壓：VA

0＝VCC/2

單電源供電電路等效為VCC/2和VCC/2

的雙電源供電電路。

33模擬電子技術適當選擇R1、R2的數值，使VB1和VB2恰好給VT1、VT2提供最佳靜態(tài)偏置，使它們的中點電位VA=VCC/2。因而電容C兩端電壓等于VA，即VCC/2。這樣，VT1和VT2管的電源電壓均為VCC/2。（2）工作原理①靜態(tài)時34模擬電子技術

②動態(tài)時

ui>0，VT1導通而VT2截止，io=ic1

，路徑為：

ui<0，VT2導通而VT1截止，，電容C釋放儲能供給，路徑為：

io在RL上形成正半周輸出電壓uo

，同時給電容C充電，補充儲能。

io在RL上形成負半周輸出電壓uO。35模擬電子技術電容C的作用：1)充當VCC/2電源2)耦合交流信號只需將雙電源計算公式中的VCC換成1/2VCC即可。如：（3）最大輸出功率36模擬電子技術實用OTL互補輸出功放電路調節(jié)R,使靜態(tài)UAQ=0.5USCD1、D2使b1和b2之間的電位差等于2個二極管正向壓降，克服交越失真。Re1、Re2：電阻值1~2，射極負反饋電阻，也起限流保護作用。D1D2ui+USCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A37模擬電子技術3.電路中增加復合管增加復合管的目的是：擴大電流的驅動能力。復合管的構成方式：cbeT1T2ibicbecibic方式一：38模擬電子技術becibic1

2晶體管的類型由復合管中的第一支管子決定。方式二：cbeT1T2ibic復合管構成方式很多。不論哪種等效方式，等效后晶體管的性能確定均如下：39模擬電子技術T1T2T3T4放大器ViRL+EC++－Vo+－

準互補對稱式OTL電路

#OTL電路的指標計算和乙類推挽功放完全一樣，只須將變壓器耦合中的EC換成1/2EC。40模擬電子技術圖9—7準互補乙類功率放大器電路41模擬電子技術（1）靜態(tài)偏置（2）動態(tài)工作情況

調整R1、R2阻值的大小，可使此時電容上電壓此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達不到VCC/2。實際電路——克服交越失真42模擬電子技術+---+++43模擬電子技術ViRL+ECT2T1++－T3++R1R2R3ReD1D2Vo+－+CRDK靜態(tài)時，電容兩端的電壓VC=EC－VR－VK=1/2EC－VR當時間常數RC足夠大時，電容上的電壓不隨vi而變，為定值。當vi為負時，T1導通，K點電位升高。VD=VC+VK=EC－VR+Vo當Vo增加到Vo＞VR時，D點電位高于EC，使T1充分導通。VD=VC+VK=1/2EC－VR+1/2EC+Vo=EC－VR+Vo44模擬電子技術圖9.3.19.3實際的功率放大電路9.3.1OTL音頻功率放大電路中間級前置放大級功率放大級電壓串聯(lián)負反饋電容：相位補償45模擬電子技術1.閉環(huán)電壓放大倍數2.最大輸出功率實際上功率管不能工作在接近飽和區(qū)，本電路的實際輸出功率小于或等于0.5W。46模擬電子技術9.3.2OCL高保真功率放大電路圖9.3.2高保真OTL功率放大電路帶恒流源的差動放大輸入級共射放大電路中間級OCL準互補對稱電路電壓串聯(lián)交流負反饋相位補償47模擬電子技術1.閉環(huán)電壓放大倍數2.最大輸出功率為了避免產生明顯的失真，電路的實際輸出功率應適當減小，本電路的額定輸出功率為20W。48模擬電子技術9.4集成功率放大器OTL、OCL電路均有各種不同電壓增益的多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機的驅動方面。集成功放是在集成運算放大器的電壓互補輸出級后，加入互補功率輸出級而構成的。大多數集成功率放大器實際上也就是一個具有直接耦合特點的運算放大器。它的使用方法原則上與集成運算放大器相同。集成功放的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小，內部有各種保護電路。49模擬電子技術圖9.4.1集成功放5G31的電路原理圖一、集成功放5G31電路(差分輸入式音頻功放)單入雙出差分放大電路單管放大電路單管共射放大電路功率放大級電壓串聯(lián)負反饋50模擬電子技術該電路內部的組成： 三個電壓放大級和一個功率放大輸出級 .輸入級：VT1、VT2組成單端輸入、雙端輸出的 長尾失差動放大電路 .第二級：VT4組成的單管放大電路 .第三級：VT5組成的單管共射放大電路 .功率輸出級：OTL甲乙類互補對稱放大電路 VT6-VT13組成，VT9和VT10組成NPN型復合 管；VT11、VT12和VT13組成PNP型復合管； VT6、VT7、VT8接成二極管，使電路工作在甲 乙類狀態(tài)51模擬電子技術二、引腳和典型接法5G31共有14個引腳52模擬電子技術1.閉環(huán)電壓放大倍數2.最大輸出功率(若接成OTL互補對稱輸出級)四、參數的計算53模擬電子技術LM386內部電路圖9.4.1LM386內部電路原理圖第一級差分放大電路（雙入單出）第二級共射放大電路（恒流源作有源負載）第三級OTL功放電路輸出端應外接輸出電容后再接負載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極形成反饋通道，并與R5和R6構成反饋網絡，引入深度電壓串聯(lián)負反饋。集成OTL電路的應用

54模擬電子技術二、LM386的電壓放大倍數1.當引腳1和8之間開路時Uf=UR5+UR6≈Ui/22.當引腳1和8之間外接電阻R時55模擬電子技術3.當引腳1和8之間對交流信號相當于短路時4.在引腳1和5之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數電壓放大倍數可以調節(jié)，調節(jié)范圍為20~200。三、LM386引腳圖圖9.4.2LM386的外形和引腳56模擬電子技術集成功放LM384管腳說明:14

--電源端（Vcc）3、4、5、7--接地端（GND）10、11、12--接地端（GND）2、6--輸入端（一般2腳接地）

8--輸出端（經500電容接負載）)12345678910111213141--接旁路電容（5）9、13--空腳（NC）57模擬電子