低功率放大器

第5章低功率放大器5.1功率放大电路的特点和分类5.2互补对称功率放大电路5.3集成功率放大器5.4实训本章要求：1.理解低频功率放大电路的特点、要求和分类2.掌握互补对称功率放大电路的工作原理3.熟悉OCL、OTL电路功率及效率的估算4.了解集成功放的应用第5章低功率放大器一个实用的放大电路通常含有三部分：输入级、中间级、输出级，其任务各不相同。一般的说，输入级与信号源相连，因此要求输入级的输入电阻大，噪声低，共模抑制能力强，阻抗匹配等；中间级主要完成电压放大任务，以输出足够大的电压；输出级主要向负载提供足够大的功率，以便驱动功率型负载，如音响放大器中的扬声器、电视机显像管和计算机监视器。5.1功率放大电路的特点和分类1.电路特点功率放大电路作为放大电路的输出级，具有以下几个特点：由于功率放大电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大；(2)由于输出信号幅度较大，使三极管工作在饱和区与截止区的边沿，因此输出信号存在一定程度的失真；(3)功率放大电路在输出功率的同时，三极管消耗的能量亦较大，因此，不可忽视管耗问题。2.电路要求首先要求输出功率大、非线性失真要小、效率高。其次，由于三极管工作在大信号状态，要求它的极限参数、、等应满足电路正常工作并留有一定余量，同时还要考虑三极管有良好的散热功能，以降低结温，确保三极管安全工作。3.功率放大电路的分类根据电路中功率三极管静态工作点设置的不同，如图5-1所示，功率放大电路可分成甲类、乙类和甲乙类等。图5-1(1)甲类放大电路的工作点设置在放大区的中间，这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态），缺点是放大电路不论有无信号，始终有较大的静态工作电流

，这时管耗

大，电路能量转换效率低。(2)乙类放大电路的工作点设置在截止区，这时，由于三极管的静态电流

，所以能量转换效率高，它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真大。(3)甲乙类放大电路的工作点设在放大区但接近截止区，即三极管处于微导通状态，这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题，且能量转换效率也较高，目前使用较广泛，特别是它便于集成化，在集成功率放大电路中也得到广泛应用。5.2.1乙类OCL基本互补对称功率放大电路5.2互补对称功率放大电路1.电路组成及工作原理图5-2是双电源乙类互补对称功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。VT1和VT2分别为NPN型管和PNP型管，两管参数对称。图5-2(1)静态分析当输入信号

时，两三极管都工作在截止区，此时IBQ

、ICQ

、IEQ

均为零，负载上无电流通过，输出电压u0

=0(2)动态分析当输入信号处于正半周时，三极管V1导通，V2截止，有电流通过负载RL

；而当输入信号处于负半周时，V1截止，V2放大，仍有电流流过负载RL

。该电路实现了在静态时管子不取电流，而在有信号时，V1和V2轮流导通，使输出形成完整的正弦波。由于这种电路中的三极管交替工作，即一个“推”，一个“挽”，互相补充，故这类电路又称为互补对称推挽电路。

2.功率参数分析以下参数分析均以输入信号是正弦波为前提，且忽略失真。

(1)输出功率Po设输出电压的幅值为

Uom

，有效值为Uo

；输出电流的幅值为IDC，有效值为Io

。则

(2)直流电源供给的功率PDC两个电源各提供半个周期的电流，其峰值为Iom

=

Uom/RL故每个电源提供的平均电流为因此两个电源提供的功率为(3)效率η输出功率与直流电源提供功率之比为功率放大器的效率。理想条件下，输出最大功率时的效率，也是最大效率。实际上，由于功率管V1、V2的饱和压降不为零，所以电路的最大效率低于78.5%。(4)管耗PV直流电源提供的功率与输出功率之差就是损耗在两个三极管上的功率可求得当时，三极管消耗的功率最大，其值为单管的最大功耗为(5)功率管的选择功率管的极限参数有PCMICM和U(BR)CEO应满足下列条件：功率管集电极的最大允许功耗。功率管的最大功耗应大于单管的最大功耗，即②功率管的最大耐压③功率管的最大集电极电流5.2.2乙类OCL基本互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路由于静态时两管的发射极是零电位，所以负载可直接连接，不需要耦合电容，故也称为OCL（无输出电容器OutputCapacitorless）电路。与OCL电路相比，OTL电路的优点是少用一个电源，故使用方便，缺点是由于电容

在低频时的容抗可能比

大，所以OTL电路的低频响应较差。从基本工作原理上看，两个电路基本相同，需要特别指出的是，在OTL电路中的每个三极管的工作电源已变为

，已不是OCL电路的

了，所以前面导出的计算

、

、

的公式中的

要以

代替。5.3集成功率放大器集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。它的品种很多，但是大多数集成功放及其外围电路有其共同规律，学习几个典型的集成功放电路，对于应用新型集成功放电路是有益的。5.3.1

LM1875介绍及其应用电路(1)单双电源，宽电压范围（单16V～60V或双

V～V）；(2)最大不失真功率为30W；(3)低失真度输出（30W时小于1%）；(4)开环增益90dB；(5)静态电流小于100mA；(6)最大输出电流4A；(7)最大摆幅率8V/µs。外引脚的排列如图5-8所示。图5-82．LM1875集成功放的典型应用(1)双电源(OCL)应用电路如图5-9所示电路是双电源时LM1875的典型应用电路。输入信号

由同相端输入，R1

、R2

、C2

构成交流电压串联负反馈，因此，闭环电压放大倍数为图中电容C4、C5、C6、C7、为电源去耦滤波，其中0.1μF小电容主要滤除高频噪声，、构成扬声器补偿网络，可吸收扬声器的反电动势，防止电路振荡。图5-9(2)单电源（OTL）应用电路对仅有一组电源的中、小型录音机的音响系统,可采用单电源连接方式,如图5-10所示。由于采用单电源供电,故同相输入端用阻值相同的R3

、R4

组成分压电路,使K点电位为UCC/2，经

加至同相输入端。在静态时,同相输入端、反相输入端和输出端皆为UCC/2。其它元件作用与双电源电路相同。图5-105.3.2

LM386介绍及其应用电路LM386是美国国家半导体公司生产的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。1.LM386主要技术参数(1)电源电压：4V～12V；(2)输出功率为660mW；(3)带宽为300kHz；(4)输入阻抗为50kΩ。外引脚排列如图5-11所示。