模电华科第9章课件

第9章功率放大电路重点：1.功率放大电路概述2.互补功率放大电路3.功率放大电路的安全运行4.集成功率放大电路19.1能够向负载提供足够大的信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。从能量控制与转换的角度看，功率放大电路与其它放大电路在本质上没有根本的区别；只是功放输出尽可能大的功率。因此，功放电路的组成和分析方法、元器件的选择，都与小信号放大电路不同。9.1.1功率放大电路的特点一、主要技术指标1.最大输出功率Pom功率放大电路概述2功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率（PO=UOIO）。在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率，称为最大输出功率Pom

。2.转换效率

功率放大电路的最大输出功率与电源提供的功率之比称为转换效率。即二、功率放大电路中的晶体管1.晶体管接近极限参数ICM晶体管在极限状态工作,参数接近ICM、U（BR）CEO、PCM,但要保证管子工作在安全区。电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出直流电流平均值与其电压之积，即PV=VccIc(AV)

。39.1.2功率放大电路的组成

一、变压器耦合功率放大电路传统的功率放大电路为变压器耦合功率放大电路，分为单管甲类功率放大电路和推换功率放大电路。1.单管甲类功率放大电路适合做功放吗？功率放大器分变压器耦合功率放大电路和直接耦合功率放大电路。变压器原边线圈电阻可忽略不计，直流负载线垂直于横轴且过(VCC，0)。5在理想变压器的情况下，最大输出功率为即三角形QAB的面积在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波，直流电源提供的功率不变。电源提供的功率为PV＝ICQVCC，全部消耗在管子上。

RL等效到原边的电阻为，则可作出交流负载线。

62.变压器耦合乙类推挽功率放大电路为了减小静态损耗，应减小ICQ，当ICQ=0时，静态PV=ICQVCC=0,但晶体管只有半个周期导通（=180˚），静态工作点位于横轴上，这种工作状态称为乙类状态。乙类状态静态损耗虽小，但失真严重。为了获得完整的正弦波输出，采用两只晶体管组成乙类推挽功率放大电路，如图所示。电路的最大效率为:Pom/PV=50%ui为正弦，ic和uce也是正弦（即Q点在交流负载线中点左右），称为甲类功率放大电路。7两只同类型管子在电路中交替导通的方式，称为“推挽”工作方式。设β为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。93.

功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类。甲类(=2)tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙类(=)tiCO

IcmICQ2甲乙类(

<<2)丙类：导通角小于。丁类：功放管工作在开关状态，管子仅在饱和导通时消耗功率。集电极电流iC将严重失真。101.

无输出变压器的功率电路用一个大容量电容取代了变压器(电容：几百～几千微法的电解电容器）静态时：前级电路应使基极电位为VCC/2，发射结电位为VCC/2，故电容上的电压也为VCC/2。单电源供电。T1和T2特性对称。工作时：T1和T2轮流导通，电路为射极跟随状态,uo≈ui。OTL工作在乙类工作状态，会出现交越失真。如何消除？二、直接耦合功率放大电路(互补功率放大电路)OutputTransformerless(OTL电路)11

3.

桥式推挽功率放大电路单电源供电，四只管子特性对称。静态时：四只晶体管均截止，输出电压为零。当ui

>

0时，T1和T4导通，T2和T3

截止，负载上获得正半周电压；当ui

<

0时，T2和T3导通，T1和T4

截止，负载上获得负半周电压。因而负载上获得交流功率工作时：

BalancedTransformerless（BTL电路）139.2.1OCL电路的组成及工作原理一、电路组成RLT1T2+VCC+ui+uoVCCui>0T1导通T2截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui<0T2导通T1截止iC2io=iE2=iC2,uO=iC2RLui=0T1、T2截止9.2

目前使用最广泛的功放是OTL电路和OCL电路，本节以OCL为例，介绍Pom、的分析计算，以及功放管的选择。若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真。互补功率放大电路14二、工作原理tiCO

ICQ1ICQ2消除交越失真思路：ui=0，给T1、T2提供静态电压UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2

UB1、B2略大于T1管发射结和T2管发射结开启电压之和，两管均处于微导通状态，即都有一个微小的基极电流，分别为IB1和IB2。静态时应调节R2，使UE为0，即u0为0。交越失真1.静态（ui=0）消除交越失真的OCL电路RLD1D2T1T2+VCC_+uoVCCR2R1uiR3+15若静态工作点失调，可使T1、T2管因功耗过大而损坏。因此，常在输出电路中接入熔断器以保护功放管和负载。注意：179.2.2OCL电路的输出功率及效率当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析。

OCL电路的图解分析图中I区为T1管的输出特性，Ⅱ区为T2管的输出特性；二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴上。Uop=VCC–UCES最大输出电压幅值最大不失真输出电压的有效值

18最大输出功率电源VCC提供的电流电源在负载获得最大交流功率时所消耗的平均功率等于其平均电流与电源电压之积。转换效率199.2.3OCL电路中晶体管的选择一、最大管压降UCEmax=2VCC

-UCES≈2VCC二、集电极最大电流三、集电极最大功耗如何求PT的最大功率？选功放管，应根据UCEmax、Icmax、PTmax选晶体管。RLD1D2T1T2+VCC_+uoVCCR2R1uiR3+2122四、功放管的选择查手册选晶体管时，应使极限参数选择晶体管时，其极限参数应留有一定余量，特别是PCM，并严格按手册要求安装散热片。注：23

图所示电路的负载电阻为8Ω，晶体管饱和管压降|UCES|=2V，试问：（1）若负载所需最大功率为16W，则电源电压至少应取多少伏？（2）若电源电压取20V，则晶体管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗各为多少？（1）根据可求出电源电压例2解：25（2）最大不失真输出电压的峰值因而负载电流最大值，即晶体管集电极最大电流最大管压降晶体管集电极最大功耗26复习：1.功放电路的性能指标：最大输出电压、最大输出功率和效率

2.功放电路的分类：甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类变压器耦合、OTL、OCL和BTL3.OCL功放的性能指标：Uop=VCC–UCES公式中VCC→VCC/2，适用于OTL电路。注意：27

IB不同时二次击穿的临界点不同，便得到二次击穿临界曲线，简称S/B曲线。防止晶体管的一次击穿，并限制集电极电流，可避免二次击穿。例如，在功放管的c--e间加稳压管，就可以防止其二次击穿。A点到B点，此时电流猛增，而管压降减小，称为“二次击穿”。晶体管经二次击穿后，性能下降，甚至造成永久性损坏。299.3.2功放管的散热问题功放管损坏的重要原因是PC

>

PCM。改善功放管的散热，可在同样的结温Tj下提高PCM，也就可提高输出功率。一、热阻的概念热在物体中传导时所受到的阻力用“热阻”来表示。设结温为Tj，环境温度为Ta,则温差∆T（=Tj-Ta)与PC

成正比，比例系数称为热阻RT，即可见，热阻RT是传递单位功率时所产生的温差，单位为˚C/W；热阻是衡量晶体管散热能力的一个重要参数。∆T=Tj-Ta=PCRT30

可见，管子选定，则TjM确定，Ta=25˚C时，若要PCM↑，必RT↓。二、热阻的估算管芯（J）向环境（A）散热的途径有两点：管芯J→C（管壳）→A；或J→C→S（散热片）→A，如图示。31

设J--C间热阻为Rjc,C-A间热阻为Rca，C-S间热阻为Rcs,S-A间热阻为Rsa,则晶体管散热的热阻模型如图所示。大功率管一般要加散热器，

不同管子Rjc不同；Rca与管壳所用材料有关；Rcs取决于晶体管与散热器之间是否加绝缘层，又决定于二者接触面积和压紧程度；Rsa与散热器所用材料及表面大小、厚薄、颜色和散热片安装位置等因素有关。小功率管一般不加散热器，故晶体管的等效热阻为32三、功放管的散热器

两种散热器如图示。当散热器垂直或水平放置时，有利于通风，故散热效果较好。散热表面钝化涂黑有利于热辐射，从而可减小热阻。产品手册给出的PCM是在指定散热器及一定环境温度下的允许值；若改善散热条件，可获得更大一些的PCM。339.4

OTL、OCL和BTL电路因PO和Au不同有多种不同型号的集成电路。OTL电路使用时，需外接输出电容。为了改善频率特性，减小非线性失真，常在电路内部引入深度负反馈。本节以低频功放为例，介绍集成功放的电路组成、工作原理、主要性能指标和典型应用。9.4.1集成功率放大电路分析

LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。集成功率放大电路34一、LM386内部电路35第一级为差分放大电路（双入单出）第二级为共射放大电路，T7放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中T8和T6管复合成PNP管，与NPN管T10构成准互补输出级。D1、D2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。

T1和T3、T2和T4分别构成复合管作为差分放大电路放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2有源负载。从T2管集电极输出，为双入单出电路。单端输出电路的增益近似等于双端输出（因接有源负载）。36

电阻R7从输出端连接到T2的发射极形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入深度电压串联负反馈。利用瞬时极性法可判断出，2脚为反相输入端，3脚为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（5脚）应外接输出电容后再接负载。引脚1和8外接电阻时，改变交流通路，所以必须在外接电阻回路串联一个大容量电容，如图示，外接电阻值不同，电压放大倍数的调节范围为20~200，即26~46dB。二、LM386引脚图注：379.4.2集成功率放大电路的主要性能指标

除POm外，还有电源电压范围，电源静态电流，电压增益，频带宽，输入阻抗，输入偏置电流，总谐波失真等。同一负载，当电源电压不同时，POm不同；同一电源电压时，当负载不同，POm也不同。集成功率放大电路的主要性能指标见书中表9.4.1。389.4.3集成功率放大电路的应用一、集成OTL电路的应用1.LM386外接元件最少的用法静态时输出电容上电压为VCC/2最大不失真输出电压的峰－峰值为电源电压VCC。最大输出功率为输入电压有效值VCC=16V,RL=32Ω引脚1和8开路，R和C2串联构成较正网络用来进行相位补偿。LM386外接元件最少的用法393.LM386的一般用法

LM386电压增益最大的用法

LM386的一般用法C3使引脚1和8的交流通路短路，Au≈200；C4为耦合电容；C5是去耦电容。引脚1和5接电阻，也可改变电压放大倍数。

2.LM386电压增益最大的用法40最大输出功率P