第九章、功率放大器

1、第第9章章 功率放大电路功率放大电路9. 1 9. 1 概述概述9. 2 9. 2 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路9. 3 9. 3 互补对称功率放大电路原理互补对称功率放大电路原理9. 4 9. 4 无输出变压器无输出变压器(OTL)(OTL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路9. 5 9. 5 无输出电容无输出电容(OCL)(OCL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路9. 6 9. 6 实际功放电路实际功放电路9. 7 9. 7 集成功率放大器集成功率放大器例：例： 扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用： 用作放大电路的用作放大电路的输出级输

2、出级，以驱，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。 9.1 概述概述功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取分析功放电路应注意的问题分析功放电路应注意的问题(1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值: ICM 、UCEO 、 PCM 。 ICMPCMUCEOIcuce(2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。波形失真。(3) 电源提供的能量尽可能转换给负载

3、，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的（转换）效率的（转换）效率 。Pomax : 负载上得到的最大交流功率。负载上得到的最大交流功率。PE ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100maxEoPP答：答：不合适，因为效率太低不合适，因为效率太低 。 uotuo射极输出器输出电阻低，带负载射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器吗能力强，可以用做功率放大器吗？问题讨论问题讨论:ibuceQIcUSC /REUSCRbuoUSCuiRE射极输出器效率低的原因射极输出器效率低的原因 ：一般射随静

4、态工作点（一般射随静态工作点（Q）设置在靠近负载线的）设置在靠近负载线的中部，信号波形正负半周均不失真中部，信号波形正负半周均不失真 。电路中存在的静态电流（电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有：UCEQ = 0.5USC ； ICQ =0.5USC /RE。ESCCQSCERUIUP2/2%25EOPPOPESCESCRURU8)22/(22UCEQ2ICQ2如何解决效率低的问题？如何解

5、决效率低的问题？办法：降低办法：降低Q点点但又会引起截止失真但又会引起截止失真既降低既降低Q Q点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推挽输出电路，推挽输出电路，或或互补对称射极互补对称射极输出器输出器9.2 9.2 变压器耦合推挽功率放大电路变压器耦合推挽功率放大电路输入变压器：将输入信号分成两个大输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使放大器的基极，使T1、T2轮流导通。轮流导通。输出变压器：将两个集输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出信号，耦合到副

6、边输出给负载。给负载。放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起，+USCT1T2RLi iLuiReRb2Rb1直流通道直流通道USCT1T2RLi iLuiReRb2Rb1USCT1T2ReRb2Rb1变压器线圈对于变压器线圈对于直流相当于短路直流相当于短路对于任何一个三极管都是对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极静态工作点稳定的共射极放大器放大器USCT1ReRb2Rb1两个三极管的静两个三极管的静态工作点都设在态工作点都设在刚刚超过死区刚刚超过死区, IB很小很小,IC也很小也很小,降低直流功耗。降低直流功

7、耗。Q交流通道交流通道ib1ui0ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。方式。ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1) 静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2) 每管导通时间于半个周期每管导通时间于半个周期 ； (3) 存在交越失真。存在交越失真。 特点：特点：二、最大输出功率及效率的计算二、最大输

8、出功率及效率的计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出导通时均能饱和，此时输出达到最大值。达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为：负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降，压降，则负载（则负载（RL)上的电上的电压和电流分别为：压和电流分别为：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算： 每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电

9、源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：USC1 =USC2 =USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122 tic1LSCRU 2 %5 .7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率为：效率为：OTL: Output TransformerLessOCL: Output CapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型： 互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （ OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （ OCL电路）电路）9.4 无输出

10、变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路一、特点一、特点1. 单电源供电；单电源供电；2. 输出加有大电容。输出加有大电容。二、静态分析二、静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，,2SCAUU2SCCUU2SCiUu 令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、动态分析三、动态分析若输出电容足够大，其上电若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源）相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-

11、时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；2SCiUu 时，时，2SCiUu T1截止、截止、 T2导通。导通。设输入端在设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号直流电平基础上加入正弦信号四、输出功率及效率四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax，LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5 .784maxELPPuLULmaxui2SCUttD1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2实用实用O

12、TL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静使静态态UA=0.5USCD1 、 D2使使b1和和b2之间的电位之间的电位差等于差等于2个二极管正向压降，个二极管正向压降，克服交越失真克服交越失真Re1 、 Re2：电阻值：电阻值12 ，射极负反馈电阻，也起射极负反馈电阻，也起限流保护作用限流保护作用b1b2增加对称的负电源增加对称的负电源-USC，使静态时的，使静态时的A点电位为点电位为09.5 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL电路电路OCL电路电路 tuo交越失真交越失真ui

13、t+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL电路电路1.克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：R1D1D2R2 静态时静态时: T1、T2两管发射结电位两管发射结电位分别为二极管分别为二极管D1、 D2的正向的正向导通压降，致使两管均处于导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；微弱导通状态；动态时：动态时：设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周正半周 T2 截止，截止，T1 基极电基极电位进一步提高，进入良好的位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周导通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步降低，进基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。入良好的导通

14、状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路uB1tUTtiBIBQ波形关系：波形关系：ICQiCuBEiBib特点：特点：存在较小的静态存在较小的静态电流电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大每管导通时间大于半个周期，基于半个周期，基本不失真。本不失真。 iCQuceUSC /REUSCIBQ为更换好地和为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交两发射结电位配合，克服交越失真电路中的越失真电路中的D1、D2两二极管可以用两二极管可以用UBE电压倍增电压倍增电路替代。电路替代。2. UBE电压倍增电路电压倍增电路B1B2+-BER1R

15、2UIBI 合理选择合理选择R1、R2大小，大小，B1、B2间便可得到间便可得到 UBE 任意倍数的任意倍数的电压。电压。 图中图中B1、B2分别接分别接T1、T2的基极。假设的基极。假设I IB，则，则221RRRUUBE3. 电路中增加复合管电路中增加复合管增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic 1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路： T

16、1：电压推动级电压推动级 T2、R1、R2： UBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4RE3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1级：差动放大器级：差动放大器第第2级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器第第4级：互补对

17、级：互补对称射极跟随器称射极跟随器9.6 实际功放电路实际功放电路这里介绍一个实用的这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其准互补功放电路。其中主要环节有中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；）；(2) 偏置电路（偏置电路（R1、D1、D2）；）；(3) 恒流源负载（恒流源负载（T5）；）；(4) OCL准互补功放输出级（准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）；）；(5) 负反馈电路（负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反构成交流电压串联负反馈）；馈）； (6) 共射放大级（共射放大级（T4）；）；(7) 校正环节（

18、校正环节（C5、R4）；）；(8) UBE倍增电路（倍增电路（T6、R2、R3）；）；(9) 调整输出级工作点元件（调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈级偏置电路偏置电路共射放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源负载负载准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载实用的实用的OCL准互补功放电路：准互补功放电路：RC低通低通 9.7 集成功率放大器集成功率放大器特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM384：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V 集成功放集成功放 LM384管脚说明管脚说明:)12345 6789101112131414 - 电源端（电源端（ Vcc）3、4、5、7 - 接地端（接地端（ GND）10、11、12 -