电路第4章功率放大电路

1、第四章第四章 功率放大电路功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点4.2互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路4.3实际的功率放大电路实际的功率放大电路4.4集成功率放大器集成功率放大器本章重点和考点：本章重点和考点：1.重点掌握功放的分类、最大输出电压、最大输重点掌握功放的分类、最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。出功率和效率的计算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？电路有什么区别？Q点如何设定？点如何设定？2.

2、什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？3.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？4.甲类、乙类、甲乙类功放电路的最大输出电压、最甲类、乙类、甲乙类功放电路的最大输出电压、最大输出功率和效率如何计算。（大输出功率和效率如何计算。（OTL、OCL）学习方法：学习方法：图解法图解法例：例： 扩音系统扩音系统实际负载实际负载什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在电子系统中，模拟信号被放大后，在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动往往要去推动一个实际

3、的负载。如使扬声器发声、继电器动作、作、 仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器能输出较大功率的放大器称为功率放大器功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点一一. 功放电路的特点功放电路的特点（1）输出功率输出功率Po尽可能大尽可能大(2) 电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（效率（ ）。）。Po: 负载上得

4、到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PV ： 电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%1000VPP(3) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。cmcemcmcemom2122IUIUP 最大输最大输出功率出功率（5）功放管散热和保护问题）功放管散热和保护问题（4） 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路功放电路中电流、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限值参数不能超过晶体管的极限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce分析方法分析方法：由于三极管工作在大信号状态，一般：由于

5、三极管工作在大信号状态，一般 不采用微变等效电路法，常采用不采用微变等效电路法，常采用图解法图解法。因为低频功率放大电路因为低频功率放大电路,转换效率转换效率78%，所以相当大的功率消耗在管子集电结上，所以相当大的功率消耗在管子集电结上，使管子温度升高，当结温超过允许值（硅使管子温度升高，当结温超过允许值（硅管约管约200，锗管为，锗管为100）功放管被损坏，）功放管被损坏，所以必须给功放管加散热片。所以必须给功放管加散热片。 如加如加200mm200mm3mm的散热片后的散热片后Pom可由可由2W提到提到10W。变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路图图4.1.1变压器

6、耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路同类型管子在电路中交替同类型管子在电路中交替导通的方式称为导通的方式称为“推挽推挽”工作方式。工作方式。无输入信号，三管截止无输入信号，三管截止有输入信号，三管交替有输入信号，三管交替导通导通传统的功放为变压器耦合式电路传统的功放为变压器耦合式电路功率放大电路的分类功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类在信号整个周期内导通情况分类甲类甲类(2(2 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(2(2 ) )

7、tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类( ( 2 0.2P0MOCL乙类互补对称电路的特点乙类互补对称电路的特点OCL电路省去了大电容，即改善了低频响应，又电路省去了大电容，即改善了低频响应，又 便便于集成化；于集成化；注意注意：二个三极管的发射集直接连接到负载上，如：二个三极管的发射集直接连接到负载上，如果果Q点失调，电路将点失调，电路将过载过载，损坏电路，常常在负载，损坏电路，常常在负载回路接入回路接入熔断器熔断器作为保护。作为保护。4.3采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的目的：采用复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。4.3.1复合

8、管的接法及其复合管的接法及其 和和rbe 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。复合复合NPN型型复合复合PNP型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb rbe rbe1（1 1）rbe2复合管组成原则复合管组成原则1. 前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。流与后级输入电流实际方向一致。2. 外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区（恒

9、流区）。正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区（恒流区）。复合管的接法复合管的接法VT1bVT2ec VT2VT1bec( (a) ) NPN 型型( (b) ) PNP 型型图图 4. 3.1复合管的接法复合管的接法( (c) ) NPN 型型 cVT1bVT2e( (d) ) PNP 型型 VT2VT1bec图图 4.3.1复合管的接法复合管的接法二、复合管二、复合管优点优点可以获得很高的电流放大系数可以获得很高的电流放大系数 ；提高的输入电阻；提高的输入电阻；提高了总的电压放大倍数。提高了总的电压放大倍数。复合管的构成：复合管的构成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1

10、bVT2eciC1由两个或两个以上三极管组成。由两个或两个以上三极管组成。复合管共射电流放大系数复合管共射电流放大系数 值值BC ii 因因为为由图可见由图可见2B21B12C1CCiiiii 1B11E2B)1(iii 1BBii 图图 5.3.191B21211B21B1C)()1 (iiii+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1bVT2eciC1则则212121 BCii所所以以三极管输入电阻三极管输入电阻 rbe2be11beBBEbe)1(rriur 其中其中)1(2be11be1B2be2B1be1BBErriririu 所以所以显然，显然， 、rbe 均比一个管

11、子均比一个管子 1、rbe1 提高了很多倍。提高了很多倍。图图 4. 2.19结结 论论1. 两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复合管的复合管的 1 2，复合管的，复合管的 rbe rbe1（1 1）rbe2 2. 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的管相同。复合管的 1 2，复合管的，复合管的 rbe = rbe1 。4.3.2 带复合管的带复合管的OCL互补输出功放电路：互补输出功放电路： T1：电压推动级（前置级）电压推动级（前置级） T2、R1、R2

12、：UBE扩大电路扩大电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成准互补对称功放复合管构成准互补对称功放 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，型晶体管，两者特性容易对称。两者特性容易对称。 合理选择合理选择R1、R2，b3、b5间间可得到可得到 UBE2 任意倍的电压。任意倍的电压。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R例例 OCL 高保真功率放大电路高保真功率放大电路带恒流源的差动放大输入级带恒流源的差动放大输入级共射放大电路中间级共射放大电路中间级OCL准互补对称电路准互补对称电路电压串联交流负反馈电压串联交流负反馈相位补偿相位补偿4.4

13、集成功率放大器集成功率放大器OTL、OCL电路均有各种不同电压增益的多种型号的集电路均有各种不同电压增益的多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。集成功放的优点：集成功放的优点：温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小，内部有各种保护电路。真较小，内部有各种保护电路。集成功放的分类：集成功放的分类：通用型功放、专用型功放通用型功放、专用型功放单通道功放、双通道功放单通道功放、双通道功放小功率功放、大功率功放小功率功放、大功率功放附：附：LM386内部电路内部电路图图4.4.1L

14、M386内部电路原理图内部电路原理图第一级差分放大电路第一级差分放大电路（双入单出）（双入单出）第二级共射放大电路第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）（恒流源作有源负载）第三级第三级OCL功放电路功放电路输出端外接输出电容输出端外接输出电容后再接负载，即后再接负载，即为为:OTL。电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。二、二、LM386的电压放大倍数的电压放大倍数1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时Uf=UR5+UR6Ui/2 OiOfUU

15、RRRRRUUF276565202)1 (2657657RRRRRRUUAiOu2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时RRRRAu/26573.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时200257RRAu4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数657)/(2RRRRAu电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节，调节范围为：调节范围为：20200。三、三、LM386引脚图引脚图图图9.4.2LM386的外形和引脚的外形和引脚4.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）集成功率放大电路的主要性能指标（略）1功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。率和效率。2为了提高效率，在功率放大器中，为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到大器理论上的最大输出效率可以达到78.5。3互补对称功率放大器的几种主要结构：互补对