功率放大电路-电子技术实践基础

1、 互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器于省去了变压器而被称为无输出变压器()电路，简称电路，简称OTL电路。若互补对称电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容输出电容(电路，简称电路，简称OCL电电路。路。 OTL电路采用单电源供电，电路采用单电源供电， OCL电路采用双电源电路采用双电源供电。供电。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

2、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一一 功率放大电路概述功率放大电路概述一一 功率放大电路概述功率放大电路概述 (一) 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，功率放大器

3、的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下几个主要特点。故功率放大器应具有以下几个主要特点。1. 输出功率要足够大输出功率要足够大 如输入信号是某一频率的正弦信号，则输出功率的表如输入信号是某一频率的正弦信号，则输出功率的表达式为达式为 Po =IoUo 改用振幅值表示为改用振幅值表示为 Po = IomUom 122. 2. 效率要高效率要高 功率放大器实质上是一个能量转换器，它是将电源供功率放大器实质上是一个能量转换器，它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载，因此，给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载，因此，要求转换效率高。要求转换效率高。DCo=P

4、P 式中，式中， Po为信号输出功率，为信号输出功率，PDC是直流电源向电路提供是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下，输出信的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下，输出信号号功率愈大，电路的效率愈高。功率愈大，电路的效率愈高。3. 非线性失真要小非线性失真要小 功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，而且由于三极管是非线性器件，在大信号工作幅度很大，而且由于三极管是非线性器件，在大信号工作状态下，器件本身的非线性问题十分突出，因此，输出信状态下，器件本身的非线性问题十分突出，因此，输出信号不可避免地会产

5、生一定的非线性失真。在实际应用中，号不可避免地会产生一定的非线性失真。在实际应用中，要采取措施减少失真，使之满足负载要求。要采取措施减少失真，使之满足负载要求。4. 图解法进行估算图解法进行估算 由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路的范围，故不能用小信号微变电路的分析方法，通常采用的范围，故不能用小信号微变电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等指标作粗略估算。图解法对其输出功率、效率等指标作粗略估算。* 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路传统的变压器耦合式甲类功放电路传统的变压器耦合式甲类功放电路电源提供的功率为

6、电源提供的功率为PVICQ VCC ，全部消耗在管子上。，全部消耗在管子上。则可作出交流负载线则可作出交流负载线RL等效到原边的电阻为等效到原边的电阻为LLRNNR221)(变压器原边线圈电阻变压器原边线圈电阻可忽略不计，直流负可忽略不计，直流负载线载线 垂直于横轴且过垂直于横轴且过(VCC ，0)。CCCQCCCQmVIVIP21220在理想变压器的情况下，最大输出功率为在理想变压器的情况下，最大输出功率为即三角形即三角形QAB的面积的面积在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波直流电源提供的功率不变直流电源提供的功率不变电路的最大效率为电路的

7、最大效率为: Pom / PV =50 * 实用的变压器功率放大电路实用的变压器功率放大电路希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。随之增大，从而提高效率。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 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同类型管子在电路中交同类型管子在电路中交替导通的方式称为替导通的方式称为“推推挽挽”工作方式。工作方式。无输入信号，二管截止无输入信号，二管截止有输入信号，二管交

8、替有输入信号，二管交替导通导通(二二) 功率放大电路工作状态的分类功率放大电路工作状态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 ) )（一个周期内均导通）（一个周期内均导通） tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类( ( ) )（导通角等于（导通角等于180） tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类( ( 2 ) )（导通角大于（导通角大于180）丙类丙类： 导通角导通角 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;iL=ic2

9、T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。uuVCCVCCoiLR1. 静态分析静态分析ic1ic2动态分析：动态分析：vi 0VT1截止，截止，T2导通导通vi 0VT1导通，导通，T2截止截止iL= ic1 ;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2静态分析静态分析：vi = 0V T1、T2均不工作均不工作 vo = 0V组合特性分析组合特性分析图解法图解法负载上的最大不失真电压为负载上的最大不失真电压为Uom=VCC- UCESuuVCCVCCoiLRiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom(二二) 分析计算分

10、析计算最大不失真输出功率最大不失真输出功率PomaxL2CCL2CESCComax22)(RVRUVP 1.输出功率输出功率PoL2omLomomooo222=RURUUIUP uuVCCVCCoiLR一个管子的管耗一个管子的管耗)(d )(21=0LooCCT1tRuuVP 2.管耗管耗PT两管管耗两管管耗)d( sin)sin(210LomomCCtRtUtUV )4(12omomCCLUUVR T1T2=PP)4(22omomCCLUUVR uuVCCVCCoiLR3.电源供给的功率电源供给的功率PE ToE=PPPLomCC2RUV 当当时， CComVU 2L2CCEmRVP 4.效

11、率效率 CComEo4=VUPP 时，时， CComVU % 78.54max 最高效率最高效率 max3 3三极管的最大管耗三极管的最大管耗 )4(1)d(sin)sin(21=2omomCCLom0omT1UUVRtRtUtUVPLCC omL2CCT1max2 . 022 . 0PRVP 问：问：Uom=？ PT1最大最大, PT1max=？用用PT1对对Uom求导，并令导数求导，并令导数=0，得出：，得出：PT1max发生在发生在Uom=0.64VCC处。处。将将Uom=0.64VCC代入代入PT1表达式表达式：选功率管的原则：选功率管的原则：1. PCM PT1max =0.2PoM

12、2CCCEOBRVU2)( L2CCoM2RVP uuVCCVCCoiLR输入输出波形图输入输出波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压uuVCCVCCoiLR(三三) 交越失真的消除交越失真的消除 tuo交越失真交越失真ui t存在交越失真存在交越失真乙类互补对称功放的缺点乙类互补对称功放的缺点uuVCCoiLRVCC甲乙类互补对称功放甲乙类互补对称功放 实际中晶体管输入特性实际中晶体管输入特性的门限电压不为零，且电压、的门限电压不为零，且电压、电流关系也不是线性关系，在电流关系也不是线性关系，在输入电压较低时，输入基极电输入电压较低时，输入基极电流很小，故输出电流也很小，流

13、很小，故输出电流也很小，因此输出电压在输入电压较小因此输出电压在输入电压较小时，存在一小段死区，此段输时，存在一小段死区，此段输出电压与输入电压不存在线性出电压与输入电压不存在线性关系，产生了失真。关系，产生了失真。 克服交越失真的措施就是克服交越失真的措施就是避开死区电压区，使每一个晶避开死区电压区，使每一个晶体管处于微导通状态。体管处于微导通状态。 uu-oLRi2RD12R1VCCDVCCT1、T2的特性一致；的特性一致；一个一个NPN型、一个型、一个PNP型型两管均接成射极输出器；两管均接成射极输出器；输出端有大电容；输出端有大电容；单电源供电。单电源供电。ui= 02 CCCUu 2

14、CCAUV , IC1 0， IC2 0OTL原理电路原理电路RLuiT1T2+UCCCAuO+ +- -+ +- -RLuiT1T2Auo+ +- -+ +- - 设输入端在设输入端在UCC/2 直流直流基础上加入正弦信号。基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大，其上若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路交流通路uo（四）克服交越失真的（四）克服交越失真的OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 两个晶体管两个晶体管T1 ( (NPN型型) )和和T2( (PNP型型) )的特性基本

15、相同。的特性基本相同。静态时静态时, 调节调节 R3 ,使使 A 点的电位点的电位为为 ；CC21U 输出电容输出电容CL上上的电压也等于的电压也等于 ；CC21U R1 和和 D1、D2 上上的压降使两管获得合的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲适的偏压，工作在甲乙类状态。乙类状态。OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 OtuiOtuoiC2iC1 R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo+ +CL+在输出功率较大时常采用复合管在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成复合管的构成ic1= 1 ib1 ,ic2= 2 ib2 = 2 (1+ 1 ) ib1,ic = ic1+ ic

16、2 = 1+ 2 (1+ 1 ) ib1 1 2 ib1 方式方式 1ib2= ie1=(1+ 1 ) ib1 ,ib= ib1 ,T1NPNT2NPNibicieBECib bic cieNPN 复合管的电流放大系数复合管的电流放大系数 1 2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同EBCT2NPNibicieBCEib bic ciePNPOTL互补对称放大电路互补对称放大电路 3. R8和和R9 的作用的作用? 1. R4、D1、D2的作用的作用？ 2. T1 和和T3 、T2 和和T4 构成什么工作方式构成什么工作方式？思考思考 4. R6和

17、和R7 的作用的作用?ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL+_R2R5R7R9R8T5uo+_+OTL互补对称放大电路互补对称放大电路 (3) R8 和和R9 的作用的作用? (1) R4、D1、D2的作用？的作用？ (2) T1 和和T3 、T2 和和T4 构成什么工作方式？构成什么工作方式？ (4) R6和和R7 的作用的作用?避免产生交越失真避免产生交越失真构成复合管构成复合管引入电流负反馈，引入电流负反馈，使电路工作稳定。使电路工作稳定。分流分流T1、T2的的I ICEO，提高温度稳定性。提高温度稳定性。ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4C

18、L+_R2R5R7R9R8T5uo+_+用复合管组成互补对称电路用复合管组成互补对称电路 功率放大电路的输出电流一般很大。而一般功率管的电流由放大系数均不大，一般通过复合管来解决此问题。 复合管互补对称功放复合管互补对称功放 准互补对称功放准互补对称功放 五五 集成功率放大器集成功率放大器 由前置级、中间级、输出级及偏由前置级、中间级、输出级及偏置电路等组成，但输出功率大、效率置电路等组成，但输出功率大、效率高。高。 常设有过电流、过电压及过热保常设有过电流、过电压及过热保护等措施。护等措施。( (一一) )、LM386LM386集成功率放大器集成功率放大器 低电压通用型集成功率放大器。低电压

19、通用型集成功率放大器。 工作电压：工作电压：412V412V；输出功率：；输出功率：660mW660mW；带宽：；带宽：300kHz300kHz（管脚（管脚1 1、8 8开路时）；输入阻抗：开路时）；输入阻抗：50k50k。调节调节R RP P，可使集，可使集成功放的电压放成功放的电压放大倍数在大倍数在2020020200之间变化。之间变化。频率补偿电路，频率补偿电路，改善功放的高频改善功放的高频特性、防止高频特性、防止高频自激。自激。( (二二) )、 DG810DG810集成功率放大器集成功率放大器 标准集成音频功率放大器。标准集成音频功率放大器。 输出功率大、噪声小、频带宽、工作电源范围

20、宽；输出功率大、噪声小、频带宽、工作电源范围宽；具有保护电路等。具有保护电路等。为输入管提为输入管提供基极偏置供基极偏置电流。电流。交流反馈电路，交流反馈电路，不同的不同的R R2 2可得不可得不同的闭环增益。同的闭环增益。频补，改善高频补，改善高频特性、防止频特性、防止高频自激。高频自激。自举电路，提高自举电路，提高功放的最大不失功放的最大不失真输出功率。真输出功率。电源去耦电源去耦( (三三) )、TDA2040TDA2040集成功率放大器集成功率放大器 独特短路保护，自动限制功耗；具过热关机等保护；工作电独特短路保护，自动限制功耗；具过热关机等保护；工作电压：压：2.52.520V20V

21、；开环增益：；开环增益：80dB80dB；功率带宽：；功率带宽：100kHz100kHz；输入电阻：输入电阻：50k50k；负载；负载44时输出功率时输出功率22W22W，失真很小。，失真很小。 可双电源供电构成可双电源供电构成OCLOCL；也可单电源供电构成；也可单电源供电构成OTLOTL。双电源供电，最大输出功率双电源供电，最大输出功率15W15W，失真，失真小；小；R R2 2、R R3 3构成交流负反馈，使闭环增构成交流负反馈，使闭环增益为益为30dB30dB；R R4 4、C C7 7高频补偿；高频补偿；C C3 3CC6 6为电源滤波电容。为电源滤波电容。单电源供电，经单电源供电，经R R1 1、R R2 2分压给分压给1 1、4 4脚提供脚提供V VCCCC/2/2的直流偏压；的直流偏压；R R4 4、R R5 5构成交流负反构成交流负反馈，使闭环增益为馈，使闭环增益为30dB30dB。(四四)、BTL集成功率放大电