低频功率放大电路市公开课一等奖省赛课获奖课件

9.1概述9.2互补对称功率放大电路原理9.3无输出变压器(OTL)互补对称功放电路9.4无输出电容(OCL)互补对称功放电路9.5扩展内容第9章低频功率放大电路低频功率放大电路第1页高保真耳机功率放大器电路低频功率放大电路第2页*电路说明低频功率放大电路第3页多媒体耳机功放印制版图低频功率放大电路第4页例：扩音系统执行机构功率放大器作用：

用放大电路输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。功率放大电压放大信号提取9.1概述低频功率放大电路第5页一.各类功率放大器功效以及用途介绍

功放按用途分类专业功放：技术参数上往往会有一些独特要求家用功放体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声、录音监听等场所使用功放。Hi－Fi音乐观赏，AV系统放音，以及卡拉OK娱乐功放。低频功率放大电路第6页

Hi－Fi是英语High－Fidelity缩写，意指高度保真，即纯音乐功放，是音乐发烧友最爱。Hi－Fi功放输出功率大都在2×150瓦以下。Hi－Fi在设计上强调最低信号失真，忠实地表现出音乐场面、细节和演奏、录制技巧等来满足人们对音乐最正确观赏要求。普通用于Hi－Fi功放都是胆机。Hi－Fi功放就扩声形式而言，只适合用于两声道立体声重播。

AV功放是AudioVideo缩写，即影音功放，它能同时连接5－6个音箱(左右主音箱、中置音箱、左右围绕音箱、超重低音)并驱动它们发出声音。AV功放从诞生到现在，经历了杜比围绕，杜比定向逻辑，AC－3，DTS(均是音频解码方式)发展进程。AV功放与普通功放区分，在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器，AC－3，DTS解码器和五声道功率放大器，以及画龙点睛数字声场DSP电路。鉴于观赏碟片中多声道录音效果需要，AV功放每声道功率输出也会不一样，普通来说主声道功率最大，中置次之，围绕最小，这方面代表是带有杜比定向逻辑围绕声放功放。为了增加使用乐趣，大多数AV功放都附有DSP，为各种节目播放提供不一样声场效果。

*Hi－Fi&AV低频功率放大电路第7页按器材分类电子管放大器(俗称“胆机”)

晶体放大器(俗称“石机”)

集成电路放大器主要优点:动态范围大、线性好、音色甜美悦耳。主要缺点：内阻大造成放大器阻尼系数小，影响瞬态特征；需高压供电，离不开变压器，变压器不但功耗大、体积大。

阻尼系数可做得很高，有良好瞬态特征，在声音节奏感、力度上要比胆机明快、爽朗、有力；而且无需变压器，不但节约成本，缩小体积，而且防止了由变压器所引发失真。

最突出优点是可靠性高、外围电路简单、组装方便，不足之处是电声指标(功率、频响、失真度、信噪比等)和音质皆不如前两类放大器。

低频功率放大电路第8页(1)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出晶体管极限值:ICM、UCEM

、PCM。需要处理功放管散热问题。ICMPCMUCEMIcuce二.分析功放电路应注意几个问题低频功率放大电路第9页(2)电流、电压信号比较大，必须注意预防波形失真。且不能用微变等效电路来分析。(3)电源提供能量尽可能转换给负载，降低晶体管及线路上损失。即注意提升电路效率（）。Pomax

:负载上得到交流信号功率。PE：直流电源供给平均功率(直流功率)。真实和高效一直是功率放大器领域技术进步源动力低频功率放大电路第10页*关于功率依据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率(RMS：正弦波均方根)与瞬间峰值功率(PMPO功率)。

额定功率---是指在额定范围内驱动一个8Ω扬声器要求了波形连续模拟信号后，在有一定间隔并重复一定次数后，扬声器不发生任何损坏最大电功率.实际功率、标称（输出）功率、有效功率普通就是指额定功率；

瞬间峰值功率---是指扬声器短时间所能承受最大功率。额定功率普通是瞬间峰值功率1/8。额定功率、瞬间峰值功率、贮备功率、标称（输出）功率、实际功率、有效功率、均方根功率、平均功率(有功功率，真值功率)、粉噪功率……。平均功率：两种算法：低频功率放大电路第11页

均方根功率---为了使AC信号能够使用与DC信号一样计算公式，比如电阻、功率等计算，对信号均方根值进行了专门定义。AC信号均方根值与相同幅度DC信号产生效果相同。比如：采取230VrmsAC电压供电白炽灯泡取得电能与采取230VDC电压对其供电取得电能是相同。

贮备功率---关于贮备功率有一个经典“理论”，用通俗话来讲就是：在20平米房间，有1/20W声功率，响度就够了，因为音乐信号波形很复杂，信号中不时会出现一些暂短但幅度很高脉冲信号，该信号如被功放削波，就会出现严重削波失真，为了预防削波失真，必须将功放最大不失真功率加大到放音功率5到10倍。即便如此，仍会有少许脉冲信号被削波，所以，专业功放应有10倍以上贮备功率。*低频功率放大电路第12页扬声器标称功率（粉噪功率）---它是指在扬声器额定频率范围内，馈给以要求模拟节目信号，连续工作100小时而不产生热和机械损坏功率。功率放大器标称输出功率---普通是指一定失真限制条件上正弦输出功率(输入端加是正弦波)。显然，将扬声器功率与功放功率数字去做比较没有任何意义。而从上文大家也能够了解到，当前我们谈论类似功率是否充分、功率贮备是否足够话题，基本只能建立在主观听音感受上，去看音箱上标注实在没有什么意义，因为大家标注方法并不规范，标准不一样，自然也就没有什么可比性了。*低频功率放大电路第13页功率放大电路类型功率放大电路按其静态工作点在负载线上所处位置不一样，可分为甲(A)类、甲乙(AB)类、乙(B)类、丙(C)类、丁(D)类等类型。低频功率放大电路第14页甲类乙类甲乙类丙类有静态功耗，50％静态功耗为0，78.5％静态功耗和效率介于甲类和乙类之间效率较高，主要用于高频电路各类功放静态工作点设置示意图低频功率放大电路第15页甲类360°导电甲乙类180°～360°导电乙类180°导电丙类<180°导电各类功放导通角示意图低频功率放大电路第16页答：不适当，因为效率太低。uotuo射极输出器输出电阻低，带负载能力强，能够用做功率放大器吗？

ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE问题讨论:甲类低频功率放大电路第17页普通射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线中部），信号波形正负半周均不失真。电路中存在静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点恰好在负载线中点，若忽略晶体管饱和压降，则在理想情况下有：射极输出器效率低原因：ibuceIcUSC/REUSCICQQUCEQuotuoUom=UCEQ=0.5USC

Iom=ICQ=0.5USC/RE低频功率放大电路第18页ESCCQSCERUIUP2/2==OPESCESCRURU8)22/(22==UCEQ2ICQ2=uceIcUSC/REUSCICQRbuoUSCuiREQUCEQ注意:书本上分析=50%不确切注意:PE=Usc×

Ic(平均值)=Usc×

ICQ低频功率放大电路第19页方法：降低Q点但又会引发截止失真既降低Q点又不会引发截止失真方法：采取推挽输出电路，或称互补对称射极输出器怎样处理效率低问题？*图腾输出普通是在数字电路里说，在放大电路、功率电路不太这么说，即使看起来和推挽输出电路都差不多。

低频功率放大电路第20页前面讲乙类功放导通角示意图（如上），是针对NPN管而言，它处理了正弦波正半周不失真放大问题。假如再能处理负半周问题，就处理了整个周期内正弦波不失真放大问题。那么只能借助PNP管了。因为PNP管和NPN管恰好相反，PNP管是在正弦波负半周内导通。思绪低频功率放大电路第21页vCE00iC1iB=常数QICmVCemAB2ICm2VCemiC2VCESVCES乙类互补对称电路工作情况NPN型PNP型NPN导通PNP导通低频功率放大电路第22页乙类双电源互补对称功率放大电路：电路中采取两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特征一致对称电源：+USC，-USC组成互补对称式射极输出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型9.2互补对称功率放大电路低频功率放大电路第23页ic1ic2静态时：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。一、工作原理（设ui为正弦波,管子死区电压不计）低频功率放大电路第24页uiuououo´交越失真死区电压ui-USCT1T2uo+USCRLiLuo

´uo输入输入波形图低频功率放大电路第25页(2)、伏安特征UI导通压降:硅管0.6~0.7V,锗管0.2~0.3V。反向击穿电压UB死区电压硅管0.5V,锗管0.2V。UIE+-反向漏电流（很小，A级）*回顾低频功率放大电路第26页ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失真。特点：UO交越失真低频功率放大电路第27页假设ui为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出到达最大值。ULmax负载上得到最大功率为(有效值)：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管饱和压降，则负载（RL)上电压和电流分别为：二参数计算乙类见下页0V低频功率放大电路第28页00iC1iB=常数QICmVCemAB2ICm2VCemiC2VCESVCES*回顾VCC低频功率放大电路第29页每个电源，其中电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供总平均功率为：USC1=USC2=USCtic12电源提供直流平均功率计算

(注意:电压源电压一定,流过其电流由外电路决定!)高效率低频功率放大电路第30页OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）可见，上面讲乙类双电源互补对称功率放大电路，基本处理了功率放大器领域技术进步源动力问题---真实和高效低频功率放大电路第31页一、特点1.单电源供电；2.输出加有大电容。二、静态分析则因为T1、T2特征对称，令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC9.3无输出变压器互补对称功放电路OTL电路负载中没有电流。低频功率放大电路第32页三、动态分析若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到交流信号正负半周对称。但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相当于电源，放电）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，T1导通、T2截止；时，T1截止、T2导通。设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号起-Usc作用低频功率放大电路第33页四、输出功率及效率若忽略交越失真影响，且ui幅度足够大（使管子足以导通）。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax==，uLULmaxuitt静态时,虽有Ui=USC/2,不过IB很小,故电源提供功率仍能够忽略.这里为何积分范围仅为0—π？π---2π为电容提供能量低频功率放大电路第34页D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2调整R,使静态时UA=0.5USCD1、D2使b1和b2之间电位差大于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1、Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用b1b2实用OTL互补输出功放电路

T3：电压推进级低频功率放大电路第35页由图还能够看出，此时每管导通时间略大于半个周期，而小于一个周期，故这种实用电路称为OTL甲乙类互补对称功率放大电路。低频功率放大电路第36页去掉电容,增加对称负电源-USC，使静态时A点电位为0，负载中仍没有电流(就是前面讲原理时电路)。9.3无输出电容互补对称功放电路OCL电路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL电路OCL电路低频功率放大电路第37页输出功率Po当Vom=Vcc时（忽略饱和压降）：电源供给功率PV当Vom=Vcc时（忽略饱和压降）：(双电源)参数小结低频功率放大电路第38页管耗PT利用求导方法可找出管耗最大值，即:转换效率η当Vom=VCC

时：低频功率放大电路第39页只需将双电源计算公式中VCC换成1/2VCC即为单电源双电源公式单电源公式能够推出单电源和双电源功放电路参数计算公式差异效率不变低频功率放大电路第40页管耗PTPT=PE–PO

必须强调指出，实际上放大器仅放大了交流信号功率Pi（输入）,得到Po（输出），而这部分功率Po不是由三极管本身提供，而是由电路中直流电源提供，放大器件仅在输入信号作用下将直流电源提供直流功率一部分转换成为交流功率，所以，从这个意义上讲,有些人认为：静态时最省电。这句话对吗？而且它是一个可控能量转换器，所转换成交流功率是受输入交流信号控制。低频功率放大器乃是一个将直流电源提供能量转换为交流输出能量转换器

低频功率放大电路第41页2比如，设β=50，则B极：提供1个空穴，则E极抵达C极电子就有50个；提供2个空穴，则E极抵达C极电子就有100个；……而这走掉50个或100个电子又由电源EC提供，形成源源不停Ic。故说，Po不是由放大器件本身提供，而是由电路中直流电源提供。放大器件仅在输入信号作用下将直流电源提供直流功率一部分转化成了交流功率Po。BECNNPRBECIEICICIB＋＋＋－＋－－－＋＋＋－－－－+-UiRC＋*低频功率放大电路第42页tuo交越失真uit+USC-USCuiiLRLT1T2AOCL电路OCL电路也存在交越失真低频功率放大电路第43页R1D1D2R2

静态时:

T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；动态时：设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位深入提升，进入良好导通状态；负半周T1截止，T2基极电位深入降低，进入良好导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路1.克服交越失真办法：低频功率放大电路第44页uB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib特点：存在较小静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ波形关系：低频功率放大电路第45页为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真，电路中D1、D2两二极管，能够用UBE电压倍增电路替换。b1b2+-BER1R2UIBI合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到UBE任意倍数电压。图中B