第九章 功率放大电路

第九章功率放大电路第一页，共四十七页，编辑于2023年，星期四§9.1概述9.1.1、功率放大电路的特点9.1.2、功率放大电路的组成第二页，共四十七页，编辑于2023年，星期四能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。与小信号放大电路区别：功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：Pomax

大，三极管极限工作=Pomax/PV要高失真要小第三页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.1.1功率放大电路的特点一、主要技术指标1.最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为Po＝IoUo。最大输出功率是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2.转换效率功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。第四页，共四十七页，编辑于2023年，星期四二、功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO晶体管耗散功率最大时接近PCM三、功率放大电路的分析方法因大信号作用，故应采用图解法。c-e反向击穿电压第五页，共四十七页，编辑于2023年，星期四四、放大电路常用的三种工作状态tuCEiCiCIB=0Q003)乙类工作状态2)甲乙类工作状态1)甲类工作状态tuCEiCiCQ00IB=0tuCEiCiCQ00IB=0第六页，共四十七页，编辑于2023年，星期四tiCO

IcM2ICQtiCO

IcM2ICQtiCO

IcMICQ2乙类工作状态(=)失真大，静态电流为零，管耗小，效率高。甲乙类工作状态

(

<<2)失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。甲类工作状态(=2)失真小，静态电流大，管耗大，效率低。第七页，共四十七页，编辑于2023年，星期四乙类工作状态失真大，静态电流为零，管耗小，效率高。QuCE

iCO

tiCO

QQ甲乙类工作状态失真大，静态电流小，管耗小，效率较高。甲类工作状态失真小，静态电流大，管耗大，效率低。第八页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.1.2功率放大电路的组成一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路图9.1.1(a)共射放大电路图9.1.1输出功率和效率的图解分析直流电源提供的直流功率为ICQVCC即图中矩形ABCO的面积。集电极电阻RC的功率损耗为ICQURC

即图中矩形QBCD的面积。晶体管集电极耗散功率为ICQUCEQ即图中矩形AQDO的面积。1.无输入信号作用时第九页，共四十七页，编辑于2023年，星期四图9.1.1输出功率和效率的图解分析2.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直流功率不变负载电阻RL上所获得的功率PO仅为P/Om的一部分。R/L(=RC//RL)上获得的最大交流功率P/Om为即图中三角形QDE的面积共射放大电路输出功率小，效率低（25℅），不宜作功放。第十页，共四十七页，编辑于2023年，星期四二、变压器耦合功率放大电路传统的功放为变压器耦合式电路电源提供的功率为PV＝ICQVCC，全部消耗在管子上。则可作出交流负载线RL等效到原边的电阻为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)。第十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期四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路的最大效率为:Pom/PV=50℅第十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期四实用的变压器功率放大电路希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。变压器耦合乙类推挽功率放大电路图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路同类型管子在电路中交替导通的方式称为“推挽”工作方式。无输入信号，二管截止有输入信号，二管交替导通第十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期四乙类推挽电路信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。

两只管子交替工作，称为“推挽”。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。第十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期四三、无输出变压器的功率电路OutputTransformerless（OTL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）图9.1.4OTL电路静态时：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。OTL工作在乙类工作状态，会出现交越失真。如何消除？动画avi\17-4.avi第十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期四2.

OTL

电路

输入电压的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充电。输入电压的负半周：C的“＋”→T2→地→RL→C“－”C放电。C足够大，才能认为其对交流信号相当于短路。OTL电路低频特性差。因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。第十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期四四、无输出电容的功率放大电路OutputCapacitorless（OCL电路）双电源供电,T1和T2特性对称图9.1.5OCL电路静态时:T1和T2均截止，输出电压为零。工作时:T1和T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输入之间双向跟随。不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路；二只管子的这种交替工作方式称为“互补”工作方式。第十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期四3.

OCL电路输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地输入电压的负半周：

地→RL→T2→－VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，UEQ＝UBQ＝0。第十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期四五、桥式推挽功率放大电路

BalancedTransformerless（BTL电路）图9.1.6BTL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，第十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期四4.

BTL电路

输入电压的正半周：＋VCC→T1→

RL→T4→地输入电压的负半周：＋VCC→T2→

RL→T3→地①是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。②管子多，损耗大，使效率低。第二十页，共四十七页，编辑于2023年，星期四几种电路的比较

变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，低频特性差。OTL电路：单电源供电，低频特性差。OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。第二十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.2.1OCL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iC1io=iE2=iC2,uO=iC2RLui=0T1、T2截止9.2互补功率放大电路目前使用最广泛的功放是OTL电路和OCL电路若考虑三极管的开启电压，输出波形将产生交越失真。动画avi\17-3.avi第二十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期四二、消除交越失真的OCL电路的工作原理tiC0ICQ1ICQ2消除交越失真思路：图9.2.2消除交越失真的OCL电路RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3ui=0，给T1、T2提供静态电压UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2UB1、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R1，使UE为0,即u0为0。动画avi\17-2.avi第二十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期四当ui=0时，T1、T2微导通。当ui＞0(至)，T1

微导通充分导通微导通；T2微导通截止微导通。当ui＜0(至)，T2

微导通充分导通微导通；

T1微导通截止微导通。当输入信号为正弦交流电时图9.2.3T1和T2管在ui作用下输入特性中的图解分析二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电路工作在甲乙类状态。第二十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.2.2OCL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图9.2.4OCL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动画avi\17-1.avi第二十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期四最大输出功率电源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。转换效率理想情况下，UCES可忽略；但大功率管UCES较大，不能忽略第二十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期四复习：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第二十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.2.3OCL电路中晶体管的选择一、最大管压降UCEmax=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？RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3第二十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期四晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数BUCEO＞2VCC

ICM＞VCC/RL

PCM＞0.2Pom

第二十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期四[例9.2.1]在图9.2.2所示电路中已知VCC＝15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES＝3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL＝4欧，（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。解（1）（2）因为UO≈Ui，所以UOm≈8V。最大输出功率RLRD1D2T1T2+VCC+ui+uoVCCV5R2R1uiR3第三十页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.4集成功率放大电路OTL、OCL和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。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。掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。第三十一页，共四十七页，编辑于2023年，星期四一、LM386内部电路图9.4.1LM386内部电路原理图第一级差分放大电路（双入单出）第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）第三级OTL功放电路输出端应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与R5和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。第三十二页，共四十七页，编辑于2023年，星期四二、LM386的电压放大倍数1.当引脚1和8之间开路时Uf=UR5+UR6≈Ui/22.当引脚1和8之间外接电阻R时第三十三页，共四十七页，编辑于2023年，星期四3.当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时4.在引脚1和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数电压放大倍数可以调节，调节范围为20~200。三、LM386引脚图图9.4.2LM386的外形和引脚9.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）第三十四页，共四十七页，编辑于2023年，星期四9.4.3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第三十五页，共四十七页，编辑于2023年，星期四2.LM386电压增益最大的用法3.LM386的一般用法图9.4.4LM386电压增益最大的用法图9.4.5LM386的一般用法引脚1和引脚8接10uF电解电容器，1和8之间交流短路。引脚1和引脚5接电阻，也可改变电压放大倍数。第三十六页，共四十七页，编辑于2023年，星期四二、集成OCL电路的应用TDA1521的基本接法TDA1521为2通道OCL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。最大输出功率Pom＝12W最大不失真输出电压Uom＝9.8V第三十七页，共四十七页，编辑于2023年，星期四三、集成BTL电路的应用TDA1556为2通道BTL电路。可作为立体声扩音机左，右两个声道的功放。TDA1556的基本接法第三十八页，共四十七页，编辑于2023年，星期四§9.2互补输出级的分析计算一、输出功率二、效率三、晶体管的极限参数第三十九页，共四十七页，编辑于2023年，星期四然后求出电源的平均功率，效率在已知RL的情况下，先求出Uom，则求解输出功率和效率的方法第四十页，共四十七页，编辑于2023年，星期四一、