模电课件-第8章功率放大器

第八章功率放大电路功率放大器的一般问题8.1乙类双电源互补对称功率放大电路8.3甲乙类互补对称功率放大电路8.4*8.5集成功率放大器及其应用射极输出器—甲类放大的实例8.2(4-2)一、功率放大电路特点与研究对象1、功率放大器是一种不失真的向负载提供足够的输出功率的电路8.1功率放大电路的一般问题大电压大电流{大信号图解法失真功耗(4-3)例：

扩音系统执行机构2.功率放大器的作用功率放大电压放大信号提取

用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。

一、功率放大电路的特点及研究对象1、要求输出功率尽可能大5.1功率放大电路的一般问题

2、效率要高3、非线性失真要小4、BJT的散热问题(4-5)1、共发射极放大电路的效率问题+VCCRLC1+RBuce=uovCE

iCO

tiCO

QIcmVcem设“Q”设置在交流负载线中点VCCIC二、功率放大电路提高效率的途径1、甲类：在信号的整个周期内，三极管都处于导通状态0ICQ0iCiB=常数QvCEiCt从甲类放大电路中知道，静态电流是造成管耗的主要因素。失真小，静态电流大，管耗大，效率低。

三、功率放大电路的分类2、乙类00iCiB=常数QvCEiCt失真大，静态电流为零，管耗小，效率高三极管只在半个周期内导通3、甲乙类：0ICQ0iCiB=常数QvCEiCt甲乙类和乙类放大主要用于功率放大电路中失真大，静态电流小，管耗小，效率高

三极管的导通时间超过半个周期小于一个周期(介于甲类、乙类中间)3、甲乙类：三极管的导通时间超过半个周期小于一个周期

(介于甲类、乙类中间)功率放大电路的分类1、甲类：在信号的整个周期内，三极管都处于导通状态2、乙类：三极管只在半个周期内导通(4-10)总结

A、为了得到大的输出功率。要求电路输出尽可能大的电压和电流。B、小信号等效电路不适应。C、为提高效率，有源器件工作在乙类、甲乙类状态，而不是甲类状态。D、散热与保护等问题。工作在大信号状态。采用图解法(4-11)8.2射极输出器—甲类放大的实例1.电路组成及工作原理(4-12)2.功率及效率的计算()

8.3.1电路组成1、两个参数、性能相同的异形管：

NPNPNP2、两个电源连接组成vi+RLic1-+-voic2iLT1T2+Vcc-Vcc8.3乙类双电源互补对称功率放大器基极输入

射极输出

负载

(4-14)8.3.1电路组成(a)(b)(c)两个射极输出器组合而成

射极输出器输出电阻小、带负载能力强

5.2乙类双电源互补对称功率放大器(4-15)8.3乙类双电源互补对称功率放大器8.3.2工作原理iE1(4-16)8.3.2工作原理（设vi为正弦波）ic1ic2

静态时：vi=0Vic1、ic2均=0

vo=0V动态时：vi

0VT1截止，T2导通vi>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。(4-17)vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL输入输入波形图vivovovo´交越失真死区电压(4-18)ui-VCCT1T2uo+VCCRLiL(1)静态电流

ICQ、IBQ等于零；特点：(2)每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失真。

(4-19)（1）最大不失真输出功率Pomax实际输出功率Po8.3.3分析计算(4-20)单个管子在半个周期内的管耗（2）管耗PT两管管耗(4-21)（3）电源供给的功率PE当（4）效率(4-22)管耗PC

8.3.4三极管的最大管耗

(4-23)令则：时管耗最大，即：每只管子最大管耗为

0.2Pom8.3.4三极管的最大管耗

(4-24)例已知：VCC=－VCC=24V，RL=8，忽略VCE(sat)

求Pom

以及此时的PDC、PC1，并选管。[解]PDC=2V2CC/RL=2242//(8)=45.9(W)RLV1V2+VCC+vi+voVEE(4-25)=0.5(45.936)=4.9(W)V(BR)CEO>48VICM>24/8=3(A)可选：V(BR)CEO=60100VICM=5APCM=1015W(4-26)8.3.5选管条件1.PCMPT1max=0.2PoM2．(4-27)IB=0

8.3.6交越失真的消除

在输出信号正、负半周交替过零处，因三极管存在开启电压而形成的非线性失真，称为交越失真。(4-28)5.2乙类双电源互补对称功率放大器5.2.6交越失真及其消除给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。RLvi-VCC+VCCVT1VT2voD2RD1R克服交越失真思路：(4-29)5.2.6交越失真及其消除(4-30)5.3甲乙类互补对称功率放大电路给V1、V2提供静态电压tiC0ICQ1ICQ2RLRV3V4V1V2+VCC+ui+uoVCCV5viRLvoT1T2+VccT3Rc3Re3D1D2-Vccic1ic2iL

利用二极管进行偏置的互补对称电路。5.3甲乙类互补对称功率放大电路viRLvoT1T2+VccT4R1R2Re3RC3-vccT3ic1ic2iL利用VBE扩大电路进行偏置的互补对称电路5.3甲乙类互补对称功率放大电路vi+RL+voT1T2+VccT3R1R2RC3ReD1D2KCeC1Cb1b2b3++C3

带自举的单电源互补对称电路5.3甲乙类互补对称功率放大电路(4-34)5.3甲乙类互补对称功率放大电路当vi=0时，V1、V2微导通。当vi<0(至)，

V1

微导通充分导通微导通；V2微导通截止微导通。当vi>0(至)，

V2

微导通充分导通微导通；

V1微导通截止微导通。(4-35)克服交越失真的电路V1V2V3V4V1V2RtB1B2V1V2V3R2R15.3甲乙类互补对称功率放大电路(4-36)实际电路V4RL+VCC+uoV1V2V3VEER*1R2R3R4RL+VCC+uoV1V2V3V4V5VEE+uiR5.3甲乙类互补对称功率放大电路(4-37)功率和效率RLV1V2+VCC+ui+uoVEE1.输出功率最大不失真输出电压、电流幅度：最大输出功率最大输出功率2.电源功率PDC=IC1VCC+IC2VEE=2IC1VCC=2VCCUom/RL最大输出功率时：PDC=2V2CC/RLPDC=2V2CC/RL3.效率PDC=2VCCIcm/

实际约为60%最大输出功率时：(4-38)5.4甲乙类单电源互补对称电路(OTL)工作原理2

在输入信号的负半周，经T3倒向，VC3下降，T1截止，这时C放电，充当电源，使T2导通，有电流流过RL，方向为由下向上，要求C容量足够大，即时间常数RLC足够大，以保证C上电压维持VCC/2基本不变。单电源电路的po、pV、、pT计算与双电源相同，只不过要把原公式中的VCC换成VCC/2。(4-40)1、基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。（1）静态分析则T1、T2特性对称，令：VCC/2RLuiT1T2+VCCCAUL+-UC

6.4甲乙类单电源互补对称电路(OTL)(4-41)（2）动态分析ic1ic2交越失真（电容相当于电源）RLuiT1T2+VCCCAUL+-时，T1导通、T2截止；时，T1截止、T2导通。设输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号(4-42)（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且ui幅度足够大。则：LCCLCCLRVIVV22maxmax==，(4-43)三、甲乙类单电源互补对称放大电路V2+voRLRBV4GND+VCCV5V1CERERB1RB2+vi+++CE电容C的作用：1)充当VCC/2电源2)耦合交流信号

6.4甲乙类单电源互补对称电路(OTL)vi+RL+voT1T2+VccT3R1R2RC3ReD1D2KCeC1Cb1b2b3++C3

带自举的单电源互补对称电路(4-45)当vi=0时:当vi>0时：V2导通，C放电，V2的等效电源电压0.5VCC。当vi<

0时：V1导通，C充电，V1的等效电源电压

+0.5VCC。应用OCL电路有关公式时，要用VCC/2取代VCC。(4-46)复合互补对称功率放大电路

1、复合管

复合管是由两个或两个以上三极管按一定的方式连接而成的。复合管又称为达林顿管。①串接点的电流必须连续;②并接点电流的方向必须保持一致。2、组成复合管时要注意两点:(4-47)复合管互补对称放大电路1.复合管(达林顿管)目的：实现管子参数的配对ib1(1+1)

ib1(1+1)(1+2)ib1=(1+1+2+12)ib1

1

2

rbe=rbe1+(1+1)rbe22(1+1)ib11ib1ibicie(1+2+12)ib1V1V2(4-48)V1V2NPN+NPNNPNV1V2PNP+PNPPNPV1V2NPN+PNPNPNV1V2PNP+NPNPNP(4-49)V1、V3—NPNV2、V4—PNPR3、R5—

穿透电流泄放电阻准互补对称电路2.复合管互补对称电路举例RLRPV4+VCCV5V1V2R2RB1RB2+uo+ui+++V6V7V8EUB3R1R5R3IC8RE1RE2R4V3UB8(4-50)RE1、RE2—稳定“Q”、过流保护取值0.10.5V5V7、RP—克服交越失真R4—使V3、V4输入电阻平衡V8—构成前置电压放大RB1—引入负反馈，提高稳定性。VEVB8IB8IC8VB3VE(4-51)差分对管，构成前置放大级镜像恒流源，差分放大电路的有源负载NPNPNP因PNP管小，采用三只管子复合而成克服交越失真(4-52)1.功率管的工作类型类别特点Q点波形甲类无失真Q

较高ICQ较大Q

较高甲乙类有失真效率高ICQ小Q

较低乙类失真大效率最高ICQ=0

Q

最低tiCO

ICQiCO

ICQttiCO

ICQ2.OCL和OTL功放电路的特性(4-53)OCL电路和OTL电路的比较

电源双电源单电源信号交、直流交流频率响应好fL

取决于输出耦合电容C电路结构较简单较复杂Pomax第八章功率放大电路(4-54)双电源单电源优点缺点

主要公式结构简单，效率高，频率响应好，易集成结构简单，效率高，频率响应好，易集成，单电源双电源，电源利用率不高输出需大电容，电源利用率不高最大输出功率直流电源消耗功率效率最大管耗(4-55)END(4-56)(4-57)

引言

8.5.4TD2040集成功放及其应用8.5.1LM384集成功放

8.5.3DG810集成功放及其应用8.5.2LM386集成功放及其应用6.5

集成功率放大器及其应用(4-58)组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路特点：输出功率大、效率高有过流、过压、过热保护引言(4-59)OCL准互补功放电路。其中主要环节有：(1)恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；(2)偏置电路（R1、D1、D2）；(3)恒流源负载（T5）；(4)OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、T10）；(5)负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）；(6)共射放大级（T4）；(7)校正环节（C5、R4）；(8)UBE倍增电路（T6、R2、R3）；(9)调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。8.5.1集成功放LM384(4-60)+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级反馈级偏置电路共射放大级UBE倍增电路恒流源负载准互补功放级保险管负载实用的OCL准互补功放电路：(4-61)集成功放LM384管脚说明:14

--

电源端（Vcc）3、4、5、7--

接地端（GND）10、11、12--

接地端（GND）2、6--

输入端（一般2脚接地）

8--

输出端（经500电容接负载）)12345678910111213141--

接旁路电容（5）9、13--

空脚（NC）(4-62)集成功放LM384外部电路典型接法：500-+0.12.78146215Vccui8调节音量电源滤波电容外接旁路电容低通滤波,去除高频噪声输入信号输出耦合大电容(4-63)8.5.2

LM386集成功放及其应用1.典型应用参数：直流电源：412V额定功率：660mW带宽：300kHz输入阻抗：50k12348765引脚图(4-64)2.内部电路1.8开路时，

Au=20(负反馈最强)1.8交流短路

Au=200(负反馈最弱)电压串联负反馈(4-65)V1、V6：V3、V5：V2、V4：射级跟随器，高Ri双端输入单端输出差分电路恒流源负载V7~V12：功率放大电路V7为驱动级(I0为恒流源负载)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

构成PNP准互补对称(4-66)3.典型应用电路(4-67)

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1F810.047F+VCC6输出电容(OTL)频率补偿，抵消电感高频的不良影响防止自激等调节电压放大倍数(4-68)8.5.3

DG810集成功放及其应用—

标准音频功率放大功率大、噪声小、频带宽、工作电源范围宽、有保护电路输出电容输入偏置交流负反馈频率补偿，防自激等自举电容频率补偿防自激等VCC=15V时输出功率6W+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C1C8C7C4C5C65F100k.01F100F1000pF0.1F4

564700pF10100F100F100R3R21000F100FC101电源滤波(4-69)6.5.4

TD2040集成功放及其应用特点：输出短路保护、自动限制功耗、有过热关机保护参数：直流电源：2.5~20V开环增益：80dB功率带宽：100kHz输入阻抗：50k输出功率：22W(RL=4)双电源(OTL)应用电源滤波频率补偿防自激等输出功率可大于15W交流电压串联负反馈R1C2220k68022FR3R2ui12435C1C7C3C4C5C61F22k220F220F0.1F45+VCC(16V)20400.01F0.1F-VEE(-16V)R4大电容滤除低频成分小电容滤除高频成分(4-70)单电源(OTL)应用：交流电压串联负反馈使U1=0.5VCCC268022FR4ui435C