第27讲 功率放大电路

1、第二十七讲第二十七讲 功率放大电路功率放大电路一、概述一、概述二、互补输出级的分析计算二、互补输出级的分析计算三、三、功率放大电路的安全运行（了解）功率放大电路的安全运行（了解） 四、集成功率放大电路简介（理解、会实用）四、集成功率放大电路简介（理解、会实用） 五、五、讨论讨论 在实用电路中，往往要求放大电路的末级（即输出级）在实用电路中，往往要求放大电路的末级（即输出级）输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路。提供足够大的电压和电流。率的放大电路称为功率放大电路。提供足够大的电压和电流。 一、概述一

2、、概述（1 1）主要技术指标）主要技术指标 1.功率放大电路要研究的问题功率放大电路要研究的问题1）最大输出功率）最大输出功率Pom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。在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。 若已知若已知Uom，则可得，则可得Pom。L2omomRUP2）转换效率）转换效率 最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。最大输出功率与电源损耗的平均功率之比为效率。VmPP0 （3） 晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。晶体管的选用：根据极限参数选择晶体管。 在功放中，晶体管通过的最大集电极或射极电流接近最大集在功放中，晶体管通过的最大集电极或射

3、极电流接近最大集电极电流电极电流ICM，承受的最大管压降接近，承受的最大管压降接近c-e反向击穿电压反向击穿电压U(BR)CEO，消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率消耗的最大功率接近集电极最大耗散功率PCM。故称为工作在。故称为工作在尽限状态。所以功放管通常为大功率管，使用时必须安装散热尽限状态。所以功放管通常为大功率管，使用时必须安装散热片，有时还要采取各种保护措施。片，有时还要采取各种保护措施。 （2） 分析方法：因大信号作用，故应采用图解法分析方法：因大信号作用，故应采用图解法分析电分析电压及电流。引入交流负反馈：改善波形。压及电流。引入交流负反馈：改善波形。 2.2.对功率放大电路的

4、要求对功率放大电路的要求（1）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压）在电源电压一定的情况下，最大不失真输出电压Uom最大最大 ，即输出功率尽可能大。，即输出功率尽可能大。（2）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，）效率尽可能高，因而电路损耗的直流功率尽可能小，静态时功放管的集电极电流近似为静态时功放管的集电极电流近似为0。（1）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态）甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态（2）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态）乙类方式：晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态（3）甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态）

5、甲乙类方式：晶体管在信号的多半个周期处于导通状态3.3.晶体管的工作方式晶体管的工作方式4.4.为什么共射放大电路不宜用做功率放大电路为什么共射放大电路不宜用做功率放大电路 因为静态时，因为静态时，RC、Rb、晶体管均消耗能量，、晶体管均消耗能量，IB很小，很小，Rb消耗消耗的能量可略，流过的能量可略，流过RC的电流为的电流为ICQ，则电源提供的功率为：，则电源提供的功率为：CCCQVVIP)(CEQCCCRUVIPCCRCVPPPLCQLCQCQomomomRIRIIUIP221212121CQVCCII平均，为矩形，为矩形ABCOABCO晶体管消耗的功率，晶体管消耗的功率， ，矩形，矩形A

6、QDOAQDOCEQCQCUIP 电阻电阻R RC C消耗的功率，消耗的功率， ，矩形，矩形QBCDQBCD动态时：流过动态时：流过R RC C、晶体管的电流均为交直流叠加，、晶体管的电流均为交直流叠加，R RC C、晶体、晶体管的消耗功率求解非常繁琐，只能通过求解输出功率来说明。管的消耗功率求解非常繁琐，只能通过求解输出功率来说明。电源输出电流的平均值：电源输出电流的平均值：电源提供的功率为：电源提供的功率为： （电源提供的功率不变）。（电源提供的功率不变）。CCCQVVIP从图上可知，输出功率（包含从图上可知，输出功率（包含R RC C）很小，三角形）很小，三角形QDEQDE中还包含中还包

7、含R RC C消耗的功率，效率很低，所以不能用于功放。消耗的功率，效率很低，所以不能用于功放。RL=RL/RC（1 1）变压器耦合功率放大电路）变压器耦合功率放大电路 单管甲类电路单管甲类电路5.5.功率放大电路的种类功率放大电路的种类适合做功放吗？适合做功放吗？CCCQVVIPCCCQCCCQomVIVIP 2122效率为效率为50%。可以做功放电路，但效果不理想。可以做功放电路，但效果不理想。因为电源提供的功率不变，输入电压为零时，效率也为零；输入电压愈大，因为电源提供的功率不变，输入电压为零时，效率也为零；输入电压愈大，负载获得的功率就愈大，管子的损耗也愈大，转换效率也就愈高。但人们通负

8、载获得的功率就愈大，管子的损耗也愈大，转换效率也就愈高。但人们通常希望输入信号为零时电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也常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，从而提高转换效率。愈大，从而提高转换效率。 输入信号增大，输出功率如何变化？输入信号增大，输出功率如何变化？ 负载获得的功率就愈大，输出功率愈大。负载获得的功率就愈大，输出功率愈大。 输入信号增大，管子的平均电流如何变化？输入信号增大，管子的平均电流如何变化？ 管子的平均电流增大，管子的损耗也增大，转换效率也就愈管子的平均电流增大，管子的损耗也增大，转换效率也就愈高。高。 输入信号增大，电源提供

9、的功率如何变化？效率如何变化？输入信号增大，电源提供的功率如何变化？效率如何变化？ 电源提供的功率不变，转换效率也就愈高。电源提供的功率不变，转换效率也就愈高。乙类工作状态失真大，静态电流为零乙类工作状态失真大，静态电流为零 ，管耗小，效率高，管耗小，效率高。甲乙类工作状态失真大，甲乙类工作状态失真大， 静态电流小静态电流小 ，管耗小，效率较高。，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。（2 2）变压器耦合乙类推挽功放电路）变压器耦合乙类推挽功放电路 信号的正半周信号的正半周T1导通、导通、T2截止；负半周截止；负半周T

10、2导通、导通、T1截止。截止。 两只管子交替工作，称为两只管子交替工作，称为“ 推挽推挽 ”。设。设 为常量，则负载为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。2CESCComUVUiBBEu0双管乙类电路双管乙类电路（3）OTL电路电路 2CCEBIVUUu静态时，输入电压的正半周：输入电压的正半周： VCCT1CRL地地 C 充电。充电。输入电压的负半周：输入电压的负半周： C 的的 “”T2地地RL C “ ” C 放电。放电。C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OT

11、L电路低频电路低频特性差。特性差。2)2(CESCComUVU因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路电路。电容电容 C 的作用：的作用：1) )充当充当 VCC / 2 电源电源2) )耦合交流信号耦合交流信号（4） OCL电路电路输入电压的正半周：输入电压的正半周： VCCT1RL地地输入电压的负半周：输入电压的负半周： 地地RL T2 VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。2CESCComUVU静态时，静态时，UEQ UBQ0。存在交越失真，即在输入信号过零点附近产生输出失真。存

12、在交越失真，即在输入信号过零点附近产生输出失真。交越失真交越失真输入信号幅度越小失真越明显。输入信号幅度越小失真越明显。（5）BTL电路电路 输入电压的正半周：输入电压的正半周：VCC T1 RL T4地地输入电压的负半周：输入电压的负半周：VCC T2 RL T3地地22CESCComUVU是双端输入、双端输是双端输入、双端输出形式，输入信号、负出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。载电阻均无接地点。管子多，损耗大，使管子多，损耗大，使效率低。效率低。几种几种电路的比较电路的比较 单电源供电，单电源供电，笨重，效率笨重，效率低，低频特性差。低，低频特性差。单电源供电，单电源供电，低频特性差。

13、低频特性差。应用较广。应用较广。双电源供电，双电源供电，效率高，低频特性好。效率高，低频特性好。 应用较广。应用较广。单电源供电，单电源供电，低频特性好；双端输入低频特性好；双端输入双端输出。双端输出。二、互补输出级的分析估算（二、互补输出级的分析估算（以以1.1.消除交越失真的消除交越失真的OCLOCL电路电路 （1 1）电路构成：见右图）电路构成：见右图（2 2）消除交越失真原理）消除交越失真原理1）静态时，从）静态时，从+VCC经过经过R1、R2、D1、D2、R3到到VCC有一个直流电流，有一个直流电流，它在它在T1和和T2管两个基极之间所产生管两个基极之间所产生的电压为：的电压为：UB

14、1B2=UR2+UD1+UD2使使UB1B2略大于略大于T1管发射结和管发射结和T2发射结开启电压之和，从而发射结开启电压之和，从而使两只管子均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电使两只管子均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为流，分别为IB1和和IB2。静态时应调节。静态时应调节R2，使发射极电位，使发射极电位UE为为零，即输出电压零，即输出电压uO为为0。2)当所加信号为正弦波时，由于二极管当所加信号为正弦波时，由于二极管D1、D2的动态电阻很的动态电阻很小，而且小，而且R2的阻值也较小，所以可以认为的阻值也较小，所以可以认为D1、D2、R2的压降的压降可忽略。可忽略。当当u

15、 ui i00时，时，T T1 1导通、导通、T T2 2截止；当截止；当u ui i00时，时，T T2 2导通、导通、T T1 1截止。截止。 输出波形如图所示，输出波形如图所示，可见即使可见即使ui很小，总很小，总能保证至少有一只晶能保证至少有一只晶体管导通，因而消除体管导通，因而消除了交越失真。了交越失真。由于两管的导通时间由于两管的导通时间都比输入信号的半个都比输入信号的半个周期长，即在信号电周期长，即在信号电压很小时，两只管子压很小时，两只管子同时导通，因而它们同时导通，因而它们工作在甲乙类工作状工作在甲乙类工作状态。态。然后求出电源的平均功率，然后求出电源的平均功率，CCC(AV

16、)VVIP最后求效率最后求效率VomPP（2）输出功率输出功率2CESCComUVUL2omomRUP在已知在已知RL的情况下，先求出的情况下，先求出Uom，则，则再求解输出功率再求解输出功率2.2.消除交越失真的消除交越失真的OCLOCL电路参数计算电路参数计算（1）求出求出Uom因因U0max=VCC-UCES1，UCES1=-UCES2=UCES；则则2CESCComUVUL2CESCCom2)(RUVPL2omomRUPLCESCCLomomRUVRUI2（4 4）效率效率LCESCCCCCC 0 LCESCCV)(2 ) d( sin1RUVVtVtRUVPL2CESCCom2)(R

17、UVPCCCESCC4 VUV（3）电源的平均功率（电源提供的功率）电源的平均功率（电源提供的功率）tRUViLCESCCCsinCCC(AV)VVIP0)()(sin1CCLCESCCCCAVCVVttdRUVVIPVomPP理想条件下，理想条件下，UCES=0 ，=（/4）=75% ，有有22.5%被晶体管消耗。被晶体管消耗。 3.3.晶体管的极限参数晶体管的极限参数CMLCCmaxCIRViCEO(BR)CCmaxCE2UVuttRUtUVP d sin) sin(21LOM 0 OMCCTPT对对UOM求导，并令其为求导，并令其为0，可得，可得CCCCOM 6 . 02VVU 在输出功

18、率最大时，因管压降最小，在输出功率最大时，因管压降最小，故管子损耗不大；输出功率最小时，因故管子损耗不大；输出功率最小时，因集电极电流最小，故管子损耗也不大。集电极电流最小，故管子损耗也不大。管子功耗与输出电压峰值的关系为管子功耗与输出电压峰值的关系为最大管压降最大管压降最大集电极电流最大集电极电流L22CCTmax RVPomom2TmaxL2CComCES2 . 0220PPPRVPU，则若因此，选择晶体管时，其极限参数因此，选择晶体管时，其极限参数L2CCmaxTCMCCmaxCECEO(BR)LCCmaxCCM22 . 02RVPPVuURViI将将UOM代入代入PT的表达式，可得的表

19、达式，可得集电极最大功耗集电极最大功耗三、功率放大电路的安全运行（了解）三、功率放大电路的安全运行（了解）四、集成功率放大电路简介（理解、会实用）四、集成功率放大电路简介（理解、会实用）1.功放管的二次击穿功放管的二次击穿2.功放管的散热问题功放管的散热问题3.功放管的散热器：散热器应垂直或水平放置，这样有利于功放管的散热器：散热器应垂直或水平放置，这样有利于通风，散热效果较好；同时散热其表面应钝化涂黑，有利通风，散热效果较好；同时散热其表面应钝化涂黑，有利于热辐射，从而可以减小热阻。于热辐射，从而可以减小热阻。1.LM386 集成功放及其应用集成功放及其应用12348765引脚图引脚图直流电

20、源：直流电源：4 12 V（ LM386 1、 LM386 -3）额定功率：额定功率：660 mW带带 宽：宽：300 kHz输入阻抗：输入阻抗： 50 k 2.LM386 集成功放的各管脚作用集成功放的各管脚作用电压放大倍数的调节范围：电压放大倍数的调节范围：2646dB引脚引脚2为反相输入端；为反相输入端；3为同相输入端；引脚为同相输入端；引脚5为输出端；引为输出端；引脚脚6和和4分别为电源和地端；引脚分别为电源和地端；引脚1和和8为电压增益设定端；使为电压增益设定端；使用时在引脚用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取和地之间接旁路电容，通常取10微法。微法。输出端输出端引脚引脚5应外接电

21、容后再接负载。应外接电容后再接负载。3.LM386 集成功放的属性集成功放的属性为为OTL集成功放。集成功放。 LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610 F36 k 10 F100 F220 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6输出电容输出电容( (OTL) )频率补偿，抵消电频率补偿，抵消电 感高频的不良影响感高频的不良影响防止自激等防止自激等调节电压调节电压放大倍数放大倍数讨论一讨论一：图示各电路属于哪种功放？图示各电路属于哪种功放？解：属于解：属于OTL功放功放LM386 的一种基本接法。的一种基本接法。C1为输出电容，由于引脚为输出电容，由于引脚1和和8开路，所

22、以集成功放的电压增开路，所以集成功放的电压增益为益为26dB，即电压放大倍数为，即电压放大倍数为20，利用，利用RW 可以调节扬声器可以调节扬声器的声音。的声音。R和和C2串联构成校正网络用来进行相位补偿。串联构成校正网络用来进行相位补偿。静态时：静态时：VC1=VCC/2， U0m=VCC。uCCimLCCLCCmAVURVRVP22/822/220 ；作业作业9.16题题TDA1556为为2通道通道BTL功放电路。右功放电路。右图所示为图所示为TDA1556种一个通道组成的种一个通道组成的使用电路，已知使用电路，已知VCC=15V；U0m=13V解（解（1）基准电压）基准电压UREF=VCC/2=7.5V。静态时。静态时u01=u01=7.5V。（2）最大输出功率和效率：）最大输出功率和效率：%68%10015134442 .21421322)(02202 CCmCCLmVUVUVWRURUVPCESCCLCESCCom（3）输入电压有效值：）输入电压有效值：VAUUumi46.020*213*20