模拟电子技术低频功率放大器

1、低频功率放大器低频功率放大器学习目标 了解功率放大电电路的特点与与分类类 掌握乙类类、甲乙类类互补对称补对称功率放大电电路的工作原理及主要性能指标计标计算 了解集成功率放大电电路的特点及其应应用7.1 功率放大电电路概概述7.2 双电双电源互补对称补对称功率放大电电路（OCL电电路）7.3 单电单电源互补对称补对称功率放大电电路（OTL电电路）*7.4 集成功率放大电电路简简介*7.5 电电路仿真实真实例 7.1 功率放大电电路概概述 7.1.1 功率放大电路的特点功率放大电路的特点 （1）输出功率尽可能大）输出功率尽可能大 为了输出足够大的功率， 要求输出电压和 输出电流幅度都比较大， 对功

2、率管来讲是工作于大信号状态。（2）效率要高）效率要高 功率放大器实质上仍是一个能量转换器，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，故要求转换效率高。（3）非线性失真要小）非线性失真要小 因为功放管的非线性， 加上工作于大信号状态，所以,如何减小非线性失真是功率放大电路的一个重要问题。 （4）功放管的散热热和保护护 功率放大器工作在高电压、大电流情况下，因此功放管的集电结功耗很大，使得结温和管壳温度很高，如不采取措施加以限制，功放管很容易烧坏。在实际应用中，通常是将功放管安装在一定尺寸的散热器上，并在电路中设计有保护电路以保证功放管的安全工作。（5）采用图图解法进进行估算 功放管

3、工作在大信号状态，通常是采用图解分析法对其输出功率、转换效率等主要指标作粗略估算。7.1.2 功率放大器的分类1.甲类类功率放大电电路 工作点设置在负载线的中点 ，输出波形失真小，但静态管耗大，效率低。2.乙类类功率放大电电路 乙类功率放大电路工作点设置在负载线的截止区，非线性失真大（仅输出半个周期波形），但无静态管耗，故效率高。 3.甲乙类类功率放大电电路 工作点设置在放大区内，但很接近截止区，非线性失真比甲类功放大，比乙类功放稍小，效率较高。 7.2 双电源互补对称功率放大电路（OCL电路）7.2.1 电电路组组成原理 1.基本电电路结构结构 VT1为NPN, VT2为PNP, VT1VT

4、2特性相同，电路对称互补。两管均工作在乙类放大状态 。这种无输出电容的乙类功率放大电路，简称OCL电路。 2.电电路工作原理（1）静态静态分析 当输入信号为零时，两管截止，负载上无电流通过，故输出电压 uo=0 。（2）动态动态分析 Ui正半周：VT1导通， VT2截止。在RL上产生正半周的输出电压。 Ui负负半周： VT2导通， VT1截止。在RL上产生负半周的输出电压。 在输入信号Ui的的一个周期内 ， VT1， VT2交替工作， RL上得到完整的正弦波输出信号。这种工作方式既提高了效率，又解决了波形失真的问题。7.2.2 性能指标分析1.输输出功率 考虑到管子的饱和压降UCES时，负载上

5、可获得的最大输出功率为 22222oomcemoooLLLUUUPU IRRR2om2CCCESLVUPR2.转换转换效率 两电源提供的总平均功率为 转换效率为 在理想情况下，即忽略管子的饱和压降UCES 时LCESCCCCVRUVVP24oCCCESVCCPVUPV10078.5%43.管耗 两管的总管耗为 当输出电压幅值 时，晶体管的管耗最大。 两管的最大管耗与输出功率的关系为： 2om24CComTVoLV UUPPPRom20.6CCCCVUVm0.4TomPP4 功放管的选择选择原则则功放管参数的选择应满足以下条件：（1）每只晶体管的最大允许管耗 （2）考虑到导通管饱和时，截止管承受

6、 的反向电压， 晶体管的反向击穿电压应满足（3）由于电路工作时通过晶体管的最大集电极电流为 因此所选晶体管的最大工作电流应满足10.2CMT MomPPPCC2VCC02VBR CEUCCVLRCCVCMLIR7.2.3 交越失真现象及消除方法 由于晶体管的死区使输出电流（电压）波形在正、负半周过零处产生的非线性失真，称为交越失真真。 消除交越失真的方法是：设置合适的静态工作点，使功放管均工作在微导通状态，即甲乙类状态。一旦输入信号加入，晶体管立即进入线性放大区。 7.2.4 OCL电路实例分析1.采用相同类类型的NPN、PNP管组组成的复复合管互补对称补对称功率放大电电路。两两者很难难做到完

7、全对称对称。2.通过复过复合管的接法来实现来实现互补补 3. OCL电电路实实例分析7.3 单电源互补对称功率放大电路（OTL电路）7.3.1 电电路组组成原理及分析方法 电路只有一个电源使用互补对称管VT1VT2通过一个大电容C接负载。l 静态静态 uo=0，两管发射极的电位 ACC1UV2l 动态动态 Ui正半周：VT1导通， VT2截止。VCC通过VT1向电容C充电，RL上产生正半周的输出电压。 Ui负负半周： VT2导通， VT1截止。电容C放电，在RL上产生负半周的输出电压。 OTL电电路的工作原理与与OCL电电路相同，故其功率、效率的计计算公式也基本相同。7.3.2 OTL电路实例

8、分析*7.4 集成功率放大电路简介7.4.1集成功率放大器的特点和选选用方法1集成功率放大器的特点（1）体积小，重量轻，外接元件少，调试简单，使 用方便。（2）性能十分优良。例如：温度稳定性好，功耗 低，电源利用率高，失真小等。（3）集成功率放大器性能稳定，可靠性很高。 2、集成功率放大器的选选用方法( 1 ) 首先根据需要考虑器件的性能价格比。 ( 2 ) 要满足系统对功率放大器输出功率的要求。 ( 3 ) 在有特殊要求的场合，如高温条件，则要选 择有过热闭锁设施的集成功率放大器；在高 级收录机和音响设备中，则要选择非线性失 真小，频带宽，调谐方便等性能优良的功率 放大器。 7.4.2 集成

9、功率放大电路实例分析1. LM386集成功率放大器及应应用电电路2. TDA2030集成功率放大器及应应用电电路*7.5 电路仿真实例【例7.2】分析OCL功率放大电电路 解：利用利用Multisim仿真如图仿真如图7.17所示的所示的OCL功率放大电路。图中功率放大电路。图中R5为平衡电阻，以弥补为平衡电阻，以弥补NPN和和PNP管电流放大倍数的差异，使复合管具有比较接近的输入阻抗管电流放大倍数的差异，使复合管具有比较接近的输入阻抗。图图7.17静态调静态调整 首先将输入置为零，R8置为最小值（实际调试时必须如此，否则易烧毁输出管）。慢慢增大R8，使输出管电流在5mA左右（处于微导通状态）。

10、然后调整R10，使输出电压为零。交越失真真 在V1处加入电压大小合适的正弦信号，观察输出波形，若有交越失真（如图7.18所示，此时R8取10，R10取93），可适当增大R8，并微调R10，保证输入为零时输出为零，经反复调整，可以达到比较理想的效果。 【仿真图真图】 自举电举电路 调整输入信号的峰峰值为0.02V，频率为1KHz时，并将R8取63，R10取98，输出信号峰峰值约为7.8V，失真0.828，如图7.19所示。若断开自举电容C4，则输出峰峰值下降至约3.6V，且失真上升至1.765。若要降低失真，则需增大偏置电阻R8，这会使电路工作状态趋于甲类，电路效率下降，可见，自举电路可以提高电

11、路的工作效率。 【仿真图真图】 图7.19图7.18【例7.3】分析OTL功率放大电电路解：利用解：利用Multisim仿真如图仿真如图7.20所示的所示的OTL功率放大电路。功率放大电路。 图7.20 静态调静态调整 首先将输入置为零，R8置为最小值（实际调试时必须如此，否则易烧毁输出管）。慢慢增大R8，使输出管电流在5mA左右（处于微导通状态）。然后调整R10，使输出电压为零。 交越失真真 在V1处加入电压大小合适的正弦信号，观察输出波形，若有交越失真（如图7.21所示，此时R8取5，R10取98），可适当增大R8，并微调R10，保证输入为零时输出为零，经反复调整，可以达到比较理想的效果。

12、【仿真图】 自举电举电路 调整输入信号的峰峰值为0.02V，频率为1KHz时，并将R8取63，R10取87，输出信号峰峰值约为7.0V，失真0.177，如图7.22所示。【仿真图】 图7.22图7.21小结 本章内内容主线线：功率放大器的功能与作用功率放大器的特点与分类乙类、甲乙类互补对称功率放大电路的组成结构、工作原理及主要性能指标计算集成电路简介及应用。1.功率放大器的主要功能是向负载通过交流功率，带动一定的输出装置执行动作。要求在允许的失真条件下，尽可提高能输出功率和效率。其主要技术指标有：输出功率、效率和非线性失真。由于功率放大器工作在大信号状态下，通常采用图解法对其进行分析。2. 低

13、频功率放大器的工作状态分为甲类、乙类和甲乙类三种。为提高效率，低频功率放大器通常工作在乙类、甲乙类状态，并利用互补对称结构使其输出信号不失真。乙类、甲乙类互补对称放大电路具有输出功率大、效率高的特点，在理想情况下，最大输出效率可达 78.5% 。但乙类放大电路存在交越失真现象，故实际电路中通常采用甲乙类互补对称放大电路。3.功率放大器最为常用的是OCL和OTL电路，两者的区别在于OTL电路中采用单电源供电，并在输出端增加一个大电容代替OCL电路中负电源的作用，因此使用更为方便。但需注意，OTL电路中的每个功率管的工作电压为 ，其输出电压的最大值也相应减小一半。因此，在计算OTL电路性能指标功率、效率等时，需用 代替OCL电路计算公式中的 4.为解决大功率管互补配对问题和提高驱动能力，常利用互补复合管获得大电流增益和较为对称的输出特性，形成实际电路中经常使用的准互补功率放大器。此外，还通过增加自举电路，保证输出电压正负半周的良好对称性。12CCV12CCVCCV5.由于功率管常