功率放大电路

1例：扩音系统执行机构功率放大器的作用：

用作放大电路的输出级，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第9章功率放大器2第9章功率放大器9.1功率放大器概述-技术参数、分类9.2互补对称功率放大电路（重点）-乙类双电源互补功放电路的结构、工作原理、计算9.3甲乙类互补对称功放电路9.4集成功率放大器*（选学）9.5功率器件-散热问题，功率器件的选择3§9.1概述

一、功率放大器与电压放大器的区别电压放大电路的主要要求是使负载得到不失真的电压信号，主要技术指标是电压放大倍数、输入和输出阻抗。功率放大电路主要要求获得一定的不失真（或失真较小）的输出功率，通常是在大信号状态下工作，因此，功率放大电路包含着一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题。性能指标主要有：最大输出功率、效率等。41、要求输出功率尽可能大2、效率要高3、非线性失真要小4、散热、过载保护能力要强对功率放大器的要求：效率就是负载得到的有用信号功率与电源供给的直流功率的比值。5二、功率放大器的分类在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管，这种工作方式通常称为甲类放大。在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的iC>0，称为甲乙类放大。在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期，三极管的iC>0，称为乙类放大。6几类功放的特点：甲类：θ=2π，静态电流大于零，管耗大，效率低。理想情况下，η也只能达到50%。故仅适用于小信号放大和驱动电路乙类：

θ=π，静态电流等于零，效率高；理想情况下，η可达78.5%；但由于波形的一半被削去，失真严重，因此需要两只功率管轮流工作。甲乙类：π<θ<2π

，静态电流很小，可提高效率（相对甲类），且能避免乙类功放的交越失真现象。7工作在乙类的放大电路，虽然管耗小，有利于提高效率，但存在严重的失真，使得输入信号的半个波形被消掉了。矛盾如果使用两个管子交替工作，将输出波形合在一起，既可以提高效率，又可得到完整的输出波形。互补电路解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾§9.2互补对称功放大电路8OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称功放的类型：

互补对称功放的类型无输出变压器形式（OTL电路）无输出电容形式（OCL电路）9互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、

PNP各一支；两管特性一致。对称电源：+VCC，-VCC

组成互补对称式射极输出器ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型一、乙类双电源互补对称功放的电路101、工作原理（设ui为正弦波）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-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。11若忽略VCES,则

2.功率和效率的估算1）输出功率Po

ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLVomax12

2）直流电流提供的功率PV

3）效率

tic12134）管耗PT

即当Vom=0.63VCC

时,三极管消耗的功率最大,其值为

每个管子的最大功耗为

当14由前面知识点的分析可知，若想得到最大输出功率，又要使功率BJT安全工作，BJT的参数必须满足下列条件：（1）每只BJT的最大管耗PT1max≈0.2Pomax

必须小于BJT的最大允许管耗PCM；（2）通过BJT的最大集电极电流为iC1max=Vommax/RL≈

VCC/RL，所选BJT的ICM一般不应低于此值。（3）考虑到当T2导通且输出电压达到负向最大值时，-vCE2=VCES≈0，此时vCE1具有最大值，且等于2VCC，因此，应选用反向击穿电压|V(BR)CEO|>2VCC的管子。15vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLvivovov’o´交越失真死区电压二、交越失真16vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL(1)静态电流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管导通时间等于半个周期；(3)存在交越失真。乙类互补对称功放的特点：17一、甲乙类双电源互补对称电路

乙类互补对称功放存在交越失真。所以通常采用甲乙类双电源互补对称功放§9.3甲乙类互补对称电路

为了消除交越失真，对两只互补BJT设置较低的静态工作点，使它们工作在微导通状态。

在工程估算时，可以忽略微导通情况下的静态电流，完全按乙类低频功放分析、推导其计算公式。181.克服交越失真的措施：R1D1D2R2

静态时:

T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，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基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2

基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2电路中增加R1、D1、D2、R2支路19vB1tVTtiBIBQ波形关系：ICQiCvBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUＣC/REＶＣCIBQ20+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2BER1R2IBR1D1D2R2+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2为更好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。2、VBE扩展电路21B1B2+-BER1R2VIBI

合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到VBE任意倍数的电压。

图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I>>IB，则22增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合NPN型复合PNP型二、复合管互补对称功率放大器NPN一般是硅管,PNP一般是锗管,而硅管的功率一般较大.23改进后的OCL准互补输出功放电路：

T1：电压推动级

T2、R1、R2：

VBE扩展电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T624D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARe1Re2调节R,使静态UA=0.5UCCD1

、D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真Re1

、Re2：射极负反馈电阻，也起限流保护作用b1b2三、甲乙类单电源互补对称电路

+vi负半周时，T1导通，C充电；vi正半周时，C放电使T2工作，充当电源作用只要选择时间常数RLC足够大（比信号的最长周期还大得多），就可以认为用电容C和一个电源VCC可代替原来的+VCC和-VCC两个电源的作用。25静态时，通常A点电位VA=VC=VCC/2。为了稳定静态工作点，常将A点通过电阻分压器与T3的输入端相连，引入负反馈。例如，若由于温度变化使VA变VA↓→VB3↓→IC3↓→D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCIRC↓VB1↑VA↑电路改进26D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARC，因而iB1增加，由于Rc上的压降和vBE1的存在，当A点电位向+VCC接近时，T1的基流将受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1输向负载的电流，使RL两端得不到足够的电压变化量，致使Vom明显小于VCC/2。四、自举电路＋－＋实际上，图输出电压幅值达不到Vomax=VCC/2因为当vi为负半周时，T1导电27当vI=0时，vD=VD=VCC-Ic3R3

，而vA=VA=VCC/2，因此电容C3两端电压被充电到VC3=VCC/2-Ic3R3。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCC3DR3当时间常数R3C3足够大时，vC3（电容C3两端电压）将基本为常数（vC3≈VC3），不随vi而改变。28D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCC3DR3随着A点电位升高，D点电位vD也自动升高。因而，即使输出电压幅度升得很高，也有足够的电流iB1，使T1充分导电。这种工作方式称为自举，当vi为负时，T1导电，vA将由VCC/2向更正方向变化vD=vC3+vA=VC3+vAVomax=VCC/2iB129

图TDA2030(集成低频功率放大器）引脚排列及功能§9.4集成功率放大器件30这里介绍一个实用的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）。31+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：RC低通32特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放LM384：生产厂家：美国半导体器件公司电路形式：OTL输出功率：8负载上可得到5W功率电源电压：最大为28V33集成功放LM384管脚说明:)123456789101112131414--

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）1--

接旁路电容（5）9、13--

空脚（NC）34集成功放LM384外部电路典型接法：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500-+0.12.78146215Vccui835

功率放大器应用中的几个问题

为了保护功放电路尤其是其中功放管的安全，在实际应用时，要充分注意以下方面的问题。

1.功放管散热问题