功率放大电路

功率放大电路第一页，共四十二页，2022年，8月28日例1：

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8.1功率放大电路的一般问题第二页，共四十二页，2022年，8月28日例2：温度控制R1-R3:标准电阻Va:基准电压Rt:热敏电阻A：电压放大器RtTVOT

温度调节过程VbVO1AR1aR2voVscR3Rt

功

放b温控室vo1加热元件+-+第三页，共四十二页，2022年，8月28日1．功率放大电路的定义

功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力要强。2．功率放大电路与电压放大电路的区别

(1).本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。功率放大电路:主要输出较大的功率。但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。第四页，共四十二页，2022年，8月28日(2).任务不同(3).指标不同(4).研究方法不同电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号状态下工作.功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号状态下工作。电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗.功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。电压放大电路：图解法、等效电路法功率放大电路：图解法第五页，共四十二页，2022年，8月28日(1)．输出功率Po尽可能大(2)．效率要高Po大，电路的能量损耗也大(3)．非线性失真要小大信号工作状态，与Po、是一对矛盾(4)．功放管散热和保护问题3.功率放大电路的特殊问题

要求Vo和Io都足够大第六页，共四十二页，2022年，8月28日根据静态偏置或输出功放管导通角的不同，功放电路可分为四种:4.功率放大电路的分类

甲类乙类甲乙类丙类第七页，共四十二页，2022年，8月28日类别工作点波形导通角特点甲类甲乙类乙类较高较低最低360180180—360无失真效率低失真大效率最高失真大效率较高功放电路分类比较表第八页，共四十二页，2022年，8月28日T1+VccOCL(无输出电容)双管：NPN、PNP特性相同且互补双共集电路双电源供电

8.3乙类双电源互补对称功率放大电路又称OCL互补功放8.3.1电路组成T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-第九页，共四十二页，2022年，8月28日vi正半周时结论：两个三极管，轮流导电（正、负半周）互补不足忽略三极管的开启电压:T1导电iC1通过RLvi负半周时T2导电iC2通过RL合成完整、不失真波形互补推挽T1+Vcc-VccT2RLvo+-Vi+-OtiC1OtiC2OtiLiC1iC2工作原理第十页，共四十二页，2022年，8月28日负载上的最大不失真电压为Vom=VCC-VCESvo=-vce8.3.2分析计算ViT1Vo+VccRL+-+-T1VoVceRL+-+-+-iE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第十一页，共四十二页，2022年，8月28日T1ViVo+VccRL+-+-1．输出功率Po最大不失真功率为：理想最大输出功率为：以正半周为例功率三角形Vom:峰值iE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第十二页，共四十二页，2022年，8月28日2．三极管的管耗PT

ViT1Vo+VccRL+-+-第十三页，共四十二页，2022年，8月28日3．直流电源供给功率PViE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第十四页，共四十二页，2022年，8月28日当Vom=VCC

时，ηmax=π/4=78.5％。4．效率η第十五页，共四十二页，2022年，8月28日问：Vom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Vom求导得出：8.3.3功率BJT的选择1．最大管耗和最大输出功率的关系将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得:PT1max发生在Vom=2VCC/=0.64VCC处第十六页，共四十二页，2022年，8月28日2.功率BJT的选择(1)最大允许管耗PCM(2)|V(BR)CEO|(3)最大集电极电流ICM≥0.2POM≥2VCCiE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第十七页，共四十二页，2022年，8月28日散热与最大功耗PCM的关系电源供给的功率，一部分转换为负载的有用功率，另一部分则消耗在功率管的集电结，变为热能而使管芯的结温上升。如果晶体管管芯的温度超过管芯材料的最大允许结温TjM(锗管TjM约为75℃~100℃,硅管TjM约为150℃~200℃)，则晶体管将永久损坏。这个界限称为晶体管的最大允许功耗PCM。第十八页，共四十二页，2022年，8月28日

描述热传导阻力大小的物理量称为热阻RT。RT的量纲为℃/W，它表示每消耗1W功率结温上升的度数。为减小散热阻力，改善散热条件，通常采用加散热器的方法。图(a)给出一种铝型材散热器的示意图。加散热器后，热传导阻力等效通路如图(b)所示。图中：

RTj——内热阻，表示管芯到管壳的热阻；

RTfo——管壳到空间的热交换阻力；

RTc——管壳到散热器之间的接触热阻，与管壳和散热器之间的接触状况有关；

RTf——散热器到空间的热交换阻力，与散热器的形状、材料以及面积有关。第十九页，共四十二页，2022年，8月28日散热器和热传导阻力等效通路(a)铝型材散热器示意图；(b)热传导阻力等效通路(热阻计算)第二十页，共四十二页，2022年，8月28日

由图可见，不加散热器时，总热阻RTo为

由于管壳散热面积很小，RTfo是很大的。加散热器后，由于(RTc+RTf)≤RTfo，所以，总热阻RT为显然，RT<<RTo。功率管的最大允许功耗PCM与总热阻RT、最高允许结温TjM和环境温度To有关，其关系式为第二十一页，共四十二页，2022年，8月28日二次击穿现象与安全工作区

功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致。二次击穿现象可由图(a)来说明。当集电极电压vCE增大时，首先可能出现一次击穿(图中AB段)。这种击穿是正常的雪崩击穿。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将其起、始点连线称为二次击穿临界线，如图(b)所示。功率管的二次击穿现象(a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线第二十二页，共四十二页，2022年，8月28日

为保证功率管安全可靠地工作，除保证电流小于ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击穿电压V(BR)CEO外，还应避免进入二次击穿区。所以，功率管的安全工作区如图所示。

双极型功率管的安全工作区第二十三页，共四十二页，2022年，8月28日乙类放大的输入输出波形关系:Vi-VccT1T2uo+VccRLiL失真死区电压vivov"ov´o

´tttt输入信号

vi在过零前后，输出信号出现的失真。第二十四页，共四十二页，2022年，8月28日vi很小时,在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，这个失真称为交越失真。乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题

8.4甲乙类互补对称功率放大电路iE1T2T1Vi-VccVo+VccRL+-+-iE2第二十五页，共四十二页，2022年，8月28日

为解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。(a)利用二极管提供偏置电压参数计算：与乙类功放同

8.4.1甲乙类双电源互补对称电路T1+VccVi+--VccT2RLvo+-(b)利用三极管恒压源提供偏置VCE4=VBE4(R1+R2)/R2vi+VCCRLT2T3T1T4-VEER2R1Rc1vo+-偏置电压/VICQ/mATHD/%0.600.0481.220.650.330.2440.702.200.00680.7513.30.0028谐波失真度第二十六页，共四十二页，2022年，8月28日OTL（无输出变压器)单电源电容器Co选择：静态:Vk=VCC/2LLπ21fRC³(5-10)8.4.2甲乙类单电源互补对称电路Vo1/2VccT2T1+VccRL+-+-iE2KVi第二十七页，共四十二页，2022年，8月28日动态分析设输入端在

0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号。若输出电容足够大，

VC基本保持在0.5VCC，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真RLviT1T2+VCCCAVL+-0.5VCCvit时，T1导通、T2截止；时，T1截止、

T2导通。第二十八页，共四十二页，2022年，8月28日输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且

vi幅度足够大。则：vLVLmaxvitt参数计算：OCL公式中以VCC/2取代VCC

理想最大输出功率为：第二十九页，共四十二页，2022年，8月28日实用OTL互补输出功放电路调节R,使静态VAQ=0.5VCCD1

、

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：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRBRe1Re2b1b2A第三十页，共四十二页，2022年，8月28日

当输出功率较大时往往采用复合管复合管有四种形式：达林顿管：由NPN、PNP复合而成。复合管极性=前面管极性采用复合管的互补功放第三十一页，共四十二页，2022年，8月28日改进后的OCL准互补输出功放电路：

T1：电压推动级

T2、R1、R2：

VBE倍增电路

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-VccR1R2RLviT1T2T3T4T5T6第三十二页，共四十二页，2022年，8月28日广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。大多数集成功率放大器=运算放大器+互补功率输出。使用方法原则上与集成运放相同，注意极限参数（功耗、最大允许电源电压等）一般加有足够大的散热器8.5集成功率放大器第三十三页，共四十二页，2022年，8月28日特点：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28V第三十四页，共四十二页，2022年，8月28日集成功放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）第三十五页，共四十二页，2022年，8月28日集成功放LM384外部电路典型接法：5000.12.7-+8146215Vccvi8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第三十六页，共四十二页，