低频功率放大器

1、低频功率放大器第1页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一本章学习目标理解低频功率放大器的作用，了解其性能要求和分类。2理解单管功率放大器的电路组成及工作原理，掌握输出功率和效率。3理解乙类推挽功率放大器的电路中主要元件的作用及电路的工作原理，掌握输出功率及效率的计算，理解交变失真的概念、产生的原因及改进方式。第2页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一4掌握 OTL 功放电路组成形式、工作原理。5掌握 OCL 功放电路组成形式及要求。6了解几种集成功放电路的型号，理解由其构成的功率放大器的电路形式。第3页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星

2、期一7.1低频功率放大器概述7.1.1低频功率放大器及其要求7.1.2低频功率放大器的分类第4页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.1.1低频功率放大器及其要求对功放的要求：信号失真小；有足够的输出功率；效率高；散热性能好。低频功率放大器：向负载提供足够大低频信号功率的放大电路。第5页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.1.2低频功率放大器的分类动画功放电路的类型与效率第6页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一乙类功放：Q 点在交流负载线和 IB = 0 输出特性曲线交点。甲乙类功放：Q 点在交流负载线上略高于乙类工作点处。甲

3、类功放：Q 点在交流负载线的中点。一、以晶体管的静态工作点位置分类电路特点：输出波形失真大，静态电流较小，效率较高。电路特点：输出波形无失真，但静态电流大，效率低。电路特点：输出波形失真大，但静态电流几乎为零，效率高。第7页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、以功率放大器输出端特点分类1有输出变压器功放电路。2无输出变压器功放电路(OTL 功放电路)。3无输出电容功放电路(OCL 功放电路)。 4桥接无输出变压器功放电路(BTL 功放电路)。 第8页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.2单管功率放大器7.2.1电路组成及工作原理7.2.2输出功率

4、及效率第9页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.2.1电路组成及工作原理一、电路组成V 为功率放大管，Rb1、Rb2 和 Re 为分压式电流负反馈偏置电路，Ce 为射极旁路电容，RL 为负载电阻，T1 和 T2 为输入、输出变压器，统称为耦合变压器。 耦合变压器的作用，一是隔断直流耦合交流信号，二是阻抗变换，使功率管获得最佳负载电阻 RL，以便向负载 RL 提供最大功率。最佳负载电阻为式中，是变压器的匝数比，称为变比。合理选择 n，可得管子最佳负载电阻 RL。第10页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一图中，负载 RL = 8 ，晶体管集电极输出功率

5、 Po=140 mW，集电极电流 Ic = 31 mA。求：(1)输出变压器 T2 的初级等效电阻 RL=？(2)要使负载 RL 获得理想的最大功率，T2 的变比 n =？解(1)因为所以 (2)因为所以 第11页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、电路工作原理当 vi = 0，电路处于静态，iC = ICQ。因 T2 隔直作用，RL中无电流，放大器无信号输出。当 vi 0，则 vi vbe ib ic。经 T2 耦合，RL 有电流 iL，放大器有信号功率输出。第12页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.2.2输出功率及效率一、输出功率图解分析：

6、1作直流负载线：过 VG 点作直流负载线，与 IBQ 之交点，得静态工作点 Q。2作交流负载线：过 Q 点，作交流负载线 AB。3 画 vCE、iC 波形：得正弦信号的最大值分别为 Icm和 Vcem，则功放管集电极输出功率为第13页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一可见，输出信号越强，输出功率 Po 越大。为不产生饱和失真和截止失真，忽略 VCE S和 ICEO 时，则功放管不失真条件为Icm ICQ Vcem VG在输出信号最大且不失真时，有于是功放管不失真最大输出功率为第14页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、效率 1电源供给功率为PG =

7、 ICQ VG可见，电源供给功率与信号无关。 2功放管最大效率为即 = 90%可见，最大不失真输出功率仅为电源供给功率的一半，效率很低。第15页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一若考虑 VCES 和 ICEO，则功率管的效率 仅为 40% 45%，如果再考虑变压器的效率 T(0.75 0.85)，则甲类功放总效率为 = T通常只有 30% 35%。 结论，甲类功放电路优点是输出波形失真小；缺点是无信号时，电源供给功率全部转换成热能，因此效率低。第16页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一工程应用功率放大器有一部分电能消耗在功放管上，产生损耗使功放管发热

8、，热的积累将使晶体管性能恶化，甚至烧坏，为保证功放管安全可靠地工作，通常功放管集电极有金属散热外壳，另外通常需要给功放管安装散热片和采取过载保护措施。功放管检测与普通三极管类似，但功放管工作电流比较大，因而其 PN 结的面积也较大。PN 结较大，其反相饱和电流也必然增大。所以，若像测量中小功率三极管极间电阻那样，使用万用表的 R 1 k 挡测量，必然测得的电阻值很小，好像极间短路一样，所以通常使用 R 10 k 或 R 1 k 挡检测功放管 。第17页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.3推挽功率放大器7.3.1乙类推挽功率放大器7.3.2甲乙类推挽功率放大器第18页，

9、共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.3.1乙类推挽功率放大器一、电路及其工作原理V1、V2 为功率放大管，组成对管结构。在信号一个周期内，轮流导电，工作在互补状态。T1为输入变压器，作用是对输入信号进行倒相，产生两个大小相等、极性相反的信号电压，分别激励 V1 和 V2。T2 为输出变压器，作用是将 V1、V2 输出信号合成完整的正弦波。第19页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一工作原理：输入信号 vi 经 T1 耦合，二次侧得两个大小相等、极性相反的信号。由输出电流 io 波形可见，正、负半周交接处出现了失真，这是由于两管交接导通过程中，基极信号幅

10、值小于门槛电压时管子截止造成的。故称为交越失真。在信号正半周，V1 导通(V2 截止)，集电极电流 iC1 经 T2 耦合，负载上得到电流io正半周；在信号负半周，V2 导通(V1 截止)，集电极电流 iC2 经T2 耦合，负载上得到电流 io 负半周。经 T2 合成，负载上得一个放大后的完整波形io。 动画交越失真第20页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、输出功率和效率由于两管特性相同，工作在互补状态，因此图解分析时，常将两管输出特性曲线相互倒置。1作直流负载线，求静态工作点。静态时，管子截止 IBQ= 0，当ICEO 很小时，ICQ 0。过点 VG 作 vCE轴垂

11、线，得直流负载线。它与 IBQ = 0 特性曲线的交点 Q，即为静态工作点。2作交流负载线，画交流电压和电流幅值。过点 Q 作斜率为 -1/RL的直线 AB，即交流负载线。其中RL为单管等效交流负载电阻。在不失真情况下，功率管 V1、V2 最大交流电流 iC1、iC 和交流电压 vCE1、vCE2 波形如图所示。 第21页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一3电路最大输出功率若忽略管子 VCES，交流电压和交流电流幅值分别为则最大输出功率即式中在输出变压器的一次线圈匝数为 N1，二次线圈匝数为 N2时，则式中 n = N1/N2。第22页，共52页，2022年，5月20日，

12、16点11分，星期一4效率理想最大效率为 m= 78%。若考虑输出变压器的效率 T，则乙类推挽功放的总效率为 = m T总效率约为 60%，比单管甲类功放的效率高。电路优点：总效率高。电路缺点：存在交越失真，频率特性不好。第23页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.3.2甲乙类推挽功率放大器Rb1、Rb2、Re 组成分压式电流负反馈偏置电路。静态时，V1、V2 处于微导通状态，从而避免了交越失真。由于静态工作点处于甲、乙类之间，所以称为甲乙类推挽功率放大器。第24页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.4无输出变压器的推挽功率放大器(OTL)7.4

13、.1输入变压器倒相式推挽 OTL 功放电路7.4.2互补对称式推挽 OTL 功放电路第25页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.4.1输入变压器倒相式推挽 OTL 功放电路一、电路结构V1、V2 为参数一致的 NPN 型功率管。R1、R2 和 Re1 为 V1 的偏置电阻；R3、R4 和 Re2 为 V2 的偏置电阻，保证管子静态时处于微导通状态，以克服交越失真。Re1 和 Re2 为电流负反馈电阻，稳定静态工作点，并减小非线性失真。输入变压器用作信号倒相耦合，在次级 N1、N2 上产生大小相等、相位相反的信号 vb1 和 vb2。CL 为耦合电容，作用是隔直通交，并兼

14、作 V2 管的电源。第26页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、工作原理vi 正半周，vb1 0，V1 导通(V2 截止)，iC1 流过负载RL；vi 负半周，vb2 0，V2 导通(V1 截止)，iC2 流过负载 RL。在输入信号 vi 一个周期内，两管轮流工作，RL 上得到完整的放大信号。静态时，A 点电位为 VG / 2。由于 CL 隔直流，则 RL 上无电流。交流通路：第27页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.4.2互补对称式推挽 OTL 功放电路一、电路结构V2、V3 为特性对称的异型功放管；V1 为激励放大管，推动 V2、V3功放管

15、。RP1 作用是调节A点电位保持 VG/2。RP2 作用是调节 V2、V3 管偏置电流，克服交越失真。C4 为自举电容。使 V2、V3 工作时为共射组态，提高功率增益。R4 为隔离电阻：对交流而言，把 B 点电位和“地”点电位分开。第28页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、信号的放大过程输入信号 vi 负半周时，V1 输出正半周信号，V2 导通(V3 截止)，i2 通过 RL；vi 正半周时，V1 输出负半周信号，V3 导通(V2 截止)，i3 流过 RL。在 vi 一周期内，V2、V3 轮流导电，RL 上得到完整的信号。第29页，共52页，2022年，5月20日，1

16、6点11分，星期一三、最大输出功率因 C3 的作用，单管电源电压为 VG/2。则输出最大功率时，输出管的集电极电压和集电极电流峰值分别为 ；忽略饱和压降和穿透电流，则最大输出功率为即(7.4.1)第30页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一互补对称 OTL 功放电路中，VG = 6 V，RL = 8 ，求该电路的最大输出功率。解第31页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.5无输出电容功率放大器(OCL)7.5.1OCL 功放电路简析7.5.2OCL 实例电路第32页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一“OCL”功放电路：无输出耦合

17、电容的功率放大器。7.5.1OCL 功放电路简析一、中点静态电位必须为零(VA = 0)为防止因输出端 A 与负载 RL 直接耦合，造成直流电流对扬声器性能的影响，则 A 点静态电位必为零。采用的办法是：双电源供电：电压大小相等，极性相反的正负电源。采用差分放大电路。第33页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、最大输出功率输出最大功率时，集电极电压和电流的峰值分别为则最大输出功率为即OCL输出级示意图第34页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.5.2OCL 实例电路一、电路组成说明OCL 功放电路实例第35页，共52页，2022年，5月20日，1

18、6点11分，星期一 1用复合管提高功率输出级的电流放大倍数V4、V6 组成 NPN 型复合管，V5、V7 组成 PNP 型复合管。二者组成复合互补功率输出级。从而提高了输出级的电流放大倍数，同时也减小了前级的推动电流。第36页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一 2用差分放大输入级抑制零漂V1、V2 组成差分输入级，控制输出级A点电位不受温度等因素的影响而保证静态零输出。同时提高电路对共模信号的抑制能力。OCL 功放电路实例第37页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一3其他元件的作用V3 为激励级，推动功率输出级，使其输出最大功率。C5 为高频负反馈电容

19、，防止 V3 高频自激。R7、V8、V9 组成 V4、V6 和 V5、V7 复合管基极偏置电路，静态时，使其工作在微导通状态，防止产生交越失真。OCL 功放电路实例第38页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一R5、C3、R6 组成电压串联负反馈电路，稳定电压增益，并减小非线性失真。 R16、C6 组成避免感性负载引起高频自激的中和电路。R4、C2 是差放电源滤波电路。C4 为自举电容，提高输出级的增益，并使输出电压正负半周对称，提高不失真输出功率。OCL 功放电路实例第39页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、信号放大过程vi 正半周时，经 V1、V

20、3 两次放大和反相，vC3 为正半周，则 V4、V6 导通，i1 经 R14、RL、地、+VG 返回 V4、V6 形成回路，RL 有信号输出。vi 负半周时，vC3 为负半周，则 V5、V7 导通，i2 经 R15、 -VG、地、RL、 R12 返回 V5、V7 形成回路，RL 有信号输出。这样经轮番推挽，RL 上得功率放大后的完整信号。 OCL 功放电路实例第40页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.6集成电路功率放大器简介7.6.1LM386 集成功率放大器的应用电路7.6.2TDA2030 集成功率放大器的应用电路第41页，共52页，2022年，5月20日，16点

21、11分，星期一集成电路功率放大器简介集成功率放大器具有体积小、工作稳定、易于安装和调试的优点，了解其外特性和外线路的连接方法，就能组成实用电路。因此，得到广泛的应用。第42页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一7.6.1LM386 集成功率放大器的应用电路LM386 是小功率音频集成功放。采用 8 脚双列直插式塑料封装。4 脚为接“地”端；6 脚为电源端；2 脚为反相输入端；3 脚为同相输入端；5 脚为输出端；7 脚为去耦端；1、8 脚为增益调节端。第43页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一外特性：额定工作电压为 4 16 V，当电源电压为 6 V 时

22、，静态工作电流为 4 mA，适合用电池供电。频响范围可达数百千赫。最大允许功耗为 660 mW(25C)，不需散热片。工作电压为 4 V，负载电阻为 4 时，输出功率(失真为 10%)为 300 mW。工作电压为 6 V，负载电阻为 4、8、16 时，输出功率分别为 340 mW、325 mW 、180 mW。 第44页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一一、用 LM386 组成 OTL 应用电路4 脚接“地” ，6 脚接电源(6 9 V)。2 脚接地，信号从同相输入端 3 脚输入，5 脚通过 220 F 电容向扬声器 RL 提供信号功率。7 脚接 20 F 去耦电容。1、

23、8 脚之间接 10 F 电容和 20 k 电位器，用来调节增益。第45页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一二、用 LM386 组成 BTL 电路 两集成功放 LM386 的 4 脚接“地”，6 脚接电源，3 脚与2 脚互为短接，其中输入信号从一组(3 脚和 2 脚)输入，5 脚输出分别接扬声器 RL，驱动扬声器发出声音。BTL 电路的输出功率一般为 OTL、OCL 的四倍，是目前大功率音响电路中较为流行的音频放大器。图中电路最大输出功率可达 3 W 以上。其中，500 k 电位器用来调整两集成功放输出直流电位的平衡。 第46页，共52页，2022年，5月20日，16点11

24、分，星期一7.6.2TDA2030 集成功率放大器的应用电路TDA2030 简介外特性：电源电压范围为 6 V 18 V，静态电流小于 60 A，频响为 10 Hz 140 kHz，谐波失真小于 0.5%，在 VCC = 14 V，RL = 4 时，输出功率为 14 W。1 脚为同相输入端，2 脚为反相输入端，4 脚为输出端，3 脚接负电源，5 脚接正电源。电路特点是引脚和外接元件少。第47页，共52页，2022年，5月20日，16点11分，星期一TDA2030 应用电路V1、V2 组成电源极性保护电路，防止电源极性接反损坏集成功放。C3、C5 与 C4、C6 为电源滤波电容，100 F 电容并联 0.1 F 电容的原因是 100F 电解电