功率放大电路

1、教 案（首页）编号：YJSD/JWC-17-10 课题序号 授课班级 高本122机电授课课时 2 授课形式 讲 授授课章节名 称第八章 功率放大电路 第一节 功率放大电路概述使用教具多媒体课件、实物、学案、黑板教学目的能力目标：在学习的过程中锻炼学生的观察能力；在操作过程中锻炼学生的分析能力、动手能力；在带着问题思考、做题过程中提高学生的自主学习能力。知识目标：1、 了解功率放大的一般知识和基本概念。2、知道OTL电路组成特点。2掌握基本功率放大电路的组成和原理。德育目标：1、学生在过程中产生学习电子技术的兴趣； 2、在分组练习的过程提高团队合作的作风； 

2、0;                   3、在整个教学过程中提高学生的安全意识和操作规范。教学重点1功率放大器的一般知识简介。2OCL电路及OTL电路的电路组成和工作原理。教学难点OCL电路及OTL电路的工作原理。更新、补充、删减内 容 无课外作业练习册P22、23 补充 教学后记授课主要内容或板书设计课 堂 教 学 安 排教 学 过 程主 要 教 学 内 容 及 步 骤教 学 指 导教学模式：体验式教学

3、 教法：任务驱动法、演示教学法、多媒体辅助教学法 学法：自主学习，合作学习，探究学习 学 习 活 动阅读 讨论 回答提问 随堂练习 笔记 复 习 提 问新 课 引 入讲 授 新 课学 生 思 考例 题 讲 解以前我们学习过哪些放大电路，这些电路有什么特点？（复习对于新知识的掌握非常重要，所以务必注意此环节）先填写电压放大电路，学习完新课后再完成功率放大电路在很多电子设备中，要求放大电路的输出级能够带动某种负载，例如驱动仪表，使指针偏转；驱动扬声器，使之发声；或驱动自动控制系统中的执行机构等，输出级的任务是推动负载工作，例1、2。因此要求有较大的输出功率，这一功能必

4、须通过功率放大电路来实现，所以功率放大电路通常作为多级放大电路的最后一级输出，它有足够大的输出功率，这样的放大电路统称为功率放大电路。例1：例2：第八章 功率放大电路 第一节 功率放大电路概述一、概念功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带载能力强。二、功率放大器的（要求）基本原则1输出足够的功率输出功率：功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。计算方法：输入为正弦波且输出基本不失真条件下，输出功率是交流功率Po=IoUo，Io和Uo均为交流有效值。最大输出功率Pom：是在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率。在保证功率管安全工作的前提下，要求

5、输出功率尽可能大，功率放大器为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。它的最大输出功率受到允许失真的限制，允许失真越小，最大输出功率也越小。利用变压器的变换阻抗作用，使功率放大电路有最大的功率输出。2失真要小由于功率放大器工作在大信号（大电压、大电流）状态下，功放三极管的电压、电流变化幅度大，经常超出晶体管特性曲线的线性范围（放大区），产生非线性失真，严重时还将产生幅度失真，如图（a）所示。在常用的乙类推挽功率放大器中，还会产生交越失真。如图（b）所示。而且同一功放管输出功率越大，非线性失真往往越严重，这就使输出功率和非线性失真成为

6、一对主要矛盾。但是，在不同场合下，对非线性失真的要求不同，例如，在测量系统和电声设备中，这个问题显得重要，而在工业控制系统等场合中，则以输出功率为主要目的，对非线性失真的要求就降为次要问题了。3放大器的效率要高功率放大器的效率 h：功率放大器的交流输出功率。功率放大器的直流电源提供的直流功率。效率与放大器的种类有关，种类不同，效率也不同。效率要高由于输出功率大，因此直流电源消耗的功率也大，这就存在一个效率问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这个比值越大，意味着效率越高。4功率管要安全工作（1）加散热措施以控制结温（2）加保护电路以保护功率管在功率放大器中，有相当

7、大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，功放管的散热是一个很重要的问题。 此外，在功率放大器中，为了输出大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功放管损坏的可能性也就比较大，所以，功放管的保护问题也不容忽视。三、功率放大电路的分析任务1、最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法。2、何种组态电路适合做功率放大？（共基、共集、共射） 从驱动负载的角度看，共集极电路的输出电阻低，带负载能力强，比其它两种组态更适合。四、功率放大器的种类（A）以静态工作点的位置分类1

8、、甲类：为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真 ；在放大电路中，当输入信号为正弦波时，若晶体管在信号的整个周期内均导通（即导通角=360°），则称之工作在甲类状态；它的最大负载功率：最大效率： 甲类功放的缺点：效率太低，绝大部分能量都被管子自身消耗掉了。如何解决效率低的问题？办法：降低Q点。缺点：但又会引起截止失 真。2、乙类：为了提高效率，必须降低静态工作点，静态工作点（Q）设置在放大区和截止区的交界处，此时晶体管仅在信号的正半周或负半周导通（即=180°），则称之工作在乙类状态；在输入信号的整个周期内，一半

9、在放大区，一半在截止区，三极管仅在半个周期内导通，非线性失真严重，但静态时的电流较小，因此损耗低，效率高。为了解决非线性失真严重现象，通常采用两只参数对称的三极管轮流工作，分别放大正弦信号的正负半周的方法来克服。3甲乙类：结合甲类和乙类功放电路的特点出现了第三种功放，将三极管的静态工作点设置在接近于截止区但仍在放大区，也就是ICQ，稍大于0，这样保持了乙类工作状态下效率高的特点，同时也可以减小非线性失真，这时三极管处于弱导通状态。此时晶体管的导通时间大于半个周期且小于一个周期（即=180°360°之 间），输出信号为单边失真信号，又因为静态电流不高，所以它的效率和损耗低于乙

10、类，则称之工作在甲乙类状态；4、丙类：若晶体管仅有小于半个周期的导通时间（即=0°180°），则称之工作在丙类状态。（B）以功率放大电路的输出端特点分类1、有输出变压器功放电路2、无输出变压器功放电路（OTL功放）3、无输出电容功放电路（OCL功放）4、桥接无输出变压器功放电路（BTL功放）五、功率放大器的电路型式（1）单管功率放大器一个功放管，工作在甲类，功放管与输入信号源，功放管与输出负载，都采用变压器耦合电路。（2）推挽功率放大器两个配对功放管，工作在甲类或乙类，输入输出负载都采用变压器耦合电路。（3）互补对称式推挽功率放大器两个配对功放管，工作在甲类或乙类，无输入输

11、出变压器，故称为OTL电路。第二节 OTL电路组成特点及工作原理一、双电源互补对称电路1电路基本结构图（a）是双电源互补对称电路的基本形式，简称OCL电路：OCL电路称为无 输出电容直接耦合的功放电路。如图所示。特点：（1）互补对称。（2）两个晶体管特性对称，都工作在乙类状态。2工作原理（1）时，截止， 两管均无偏置，两管基极电流均为零而截止。（2）输入信号到达电路输入端时 ，导通，截止。上得到被放大的正半周电流信号，如图（b）实线所示。 ，截止，导通。上得到被放大的负半周电流信号，如图（c）虚线所示。在一个周期内，两管轮流导通，负载上得到一个完整的正弦波。由此可见，VT1、VT2在输入信号的

12、作用下交替导通，使负载上得到随输入信号变化的电流。此外电路连成射极输出器的形式，因而放大器的输入电阻高，而输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题互补对称电路：若、两管对称（ b 值和饱和压降等参数一致）且交替工作，互为补充，这种电路称为互补对称电路。OCL是OTL电路的升级，优点是省去了输出电容，使系统的低频响应更加平滑。缺点是必须用双电源供电，增加了电源的复杂性。单电源供电的OCL电路又称OTL电路，但该电路与输出回路中需要有一个大的电解电容来替代另一个电压。3实用OCL电路（1）上述波形在输出波形正负半周的交界处造成的波形失真，称交越失真。如图所示。产生原理：功率管存

13、在导通电压。（2）实用电路使两管处于甲乙类工作状态，即微导通状态，由于、的存在，只要偏置合适，它即可相互补偿，消除交越失真，在负载上得到不失真的正弦波。思考题：用电阻取代如何？即的作用是什么？二、单电源互补对称电路1基本电路特点：与OCL电路相比，省去了负电源，输出端加接了一个大容量电容器。2工作原理 ，导通，截止。上得到被放大的正半周电流信号，C充电。 ，截止，导通。上得到被放大的负半周电流信号，C放电。在一个周期内，两只管子轮流放大正负半周电流信号，实现完整周期波形。电容C不仅耦合输出信号，还起到负电源的作用。，3实用电路：激励级，向、组成的互补对称电路提供激励信号。：为的偏置电阻，与输出

14、端相连，起交、直流负反馈作用。、：组成具有升压功能的自举电路。只要足够大，其上交流电压很小，因而C点电位跟随输出O点电位而变化，相当于管的电流供电电压自动升高，确保管输出足够的激励电压。为隔离电阻，将电源与隔开，使上举的电压不被吸收。4采用复合管的OTL电路（1）复合管：指用两只或多只三极管按一定规律的组合，等效成一只三极管。如图所示。复合管组织的原则： 保证参与复合的每只管子三个电极的电流按各自的正确方向流动。 复合管的类型取决于前一只管子。由两只三极管组成的复合管的电流放大倍数约为两只管子电流放大倍数系数的乘积。复合管提高了电流放大倍数，增大了穿透电流，稳定性变差。改进电路如图所示。（2）

15、实用电路复合管的OTL实用电路如图所示。、：组成NPN管；、：组成PNP管；、：负反馈电阻，用于稳定工作点和减小失真；、：消振电容，消除电路可能产生的自激；、：组成自举电路。6.3集成功放器件及应用任 务 训 练学 生 练 习教 师 讲 解课 堂 小 结本节课主要学习了分压式偏置放大电路的基础知识，通过学习学生们可以了解分压式放大电路的工作原理，会进行直流和交流的定性计算。布 置 作 业查资料并写出功放电路发展历经了哪几个阶段，淘汰的原因？ 功放电路的发展历经了电子管、晶体管、集成电路、场效应管四个阶段。 (1) 电子管阶段：1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河

16、。 1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代。比 较有代表性的如"威廉逊"放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低。至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。 (2) 晶体管阶段：60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。 晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。 (3) 集成电路阶段：在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员-集成电路。到了70 年代初，集成电路以其质优价廉

17、、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路。 (4) 场效应管阶段：70年代的中期，日本生产出第一只场效应功率管。由于场效应功率管同 时具有电子管纯厚、甜美的音色，以及动态范围达90dB、THD<0.01%、100kHz时的特点，很快在音响界流行。现今的许多放大器中都采用了场效应管作为末级输出。 （5）发展现状：单纯从技术应用的角度上看,国内专业音响产品的研发，设计及制造技术已达到相当高的水平。其中，模拟音响产品的技术和质量水平已可与国外知名品牌相提并论，只是在数字音响产品上尚需进一步努力。在产品性能上，国内主要厂家生产的调音台和功放产品的的方案设计合理性，电性能技术参数指标以及内外功能的设置等主要方面的测试分析结果都与国外知名品牌的产品相差无几；并且，国内正规大厂对产品的出厂质量相当重视，为把住产品运行的稳定性和可靠性的关口，有载运行8小时的老化试验程序已得到了普遍的设置。近些年，半导体行业新材料和新技术应用的不断深入，国内专业音响行业所使用的晶体管及集成电路等元器件的质量水平，也基本实