电路第4章功率放大电路

第四章

功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点4.2互补对称式功率放大电路4.3实际的功率放大电路4.4集成功率放大器本章重点和考点：1.重点掌握功放的分类、最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。2.掌握集成功放的使用。本章讨论的问题：1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？Q点如何设定？2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？3.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？4.甲类、乙类、甲乙类功放电路的最大输出电压、最大输出功率和效率如何计算。（OTL、OCL）学习方法：图解法例：扩音系统实际负载什么是功率放大器？

在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器功率放大电压放大信号提取4.1功率放大电路的主要特点一.功放电路的特点（1）输出功率Po尽可能大(2)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（

）。Po:负载上得到的交流信号功率。PV：电源提供的直流功率。(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。最大输出功率（5）功放管散热和保护问题（4）功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。

ICMPCMUCEMIcuce分析方法：由于三极管工作在大信号状态，一般不采用微变等效电路法，常采用图解法。因为低频功率放大电路,转换效率η≤78%，所以相当大的功率消耗在管子集电结上，使管子温度升高，当结温超过允许值（硅管约200℃，锗管为100℃）功放管被损坏，所以必须给功放管加散热片。如加200mm×200mm×3mm的散热片后Pom可由2W提到10W。变压器耦合乙类推挽功率放大电路图4.1.1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，三管截止有输入信号，三管交替导通传统的功放为变压器耦合式电路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

=2

)

tiCO

Icm

2ICQ

tiCO

Icm

2ICQ乙类(2

=

)

tiCO

Icm

ICQ2甲乙类(

<2

<2

)丙类：导通角2

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。甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过BJT。甲乙类：介于两者之间，导通角大于180°iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：静态电流为0，BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。iCuCEQ2ICQVCC4.2互补对称式功率放大电路4.2.1

OTL互补对称电路(OutputTransfomerLesss)一、OTL乙类互补对称电路在输入信号的正半周，VT1

导通，iC1

流过负载；负半周，VT2导通，iC2

流过负载。存在的问题：交越失真交越失真图

4.2.11.电路的组成2.工作原理大电容问题：Q点如何调节？VT1、VT2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压VT1、VT2两个管子轮流导通的交界处，将有一段时间两个三极管均截止，导致u0发生失真，即交越失真二、OTL甲乙类互补对称电路图4.2.3

OTL互补对称输出级

R、VD1、VD2

为两管提供一小的静态偏置电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交越失真。图9.2.5

OTL互补电路波形图tuIOtiC1OtiC2OtuOO问题：如何消除交越失真？

静态时:

T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态动态时：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。电路中增加R、VD1、VD2支路1.基本原理

甲乙类单电源互补对称电路图4.2.3

OTL互补对称输出级4.2.2

OCL互补对称电路(OutputCapacitorLess)图4.2.5

OCL互补对称电路1.电路的组成2.功率和效率分析iC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom负载上最大不失真电压为

Uom=VCC-UCESUom=VCC

-

UCES(1).输出功率Po一个管子的管耗(2)管耗PT两管管耗(3).电源供给的功率PV当(4).效率

最高效率

max(5)集电结最大允许耗散功率PCM问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：PT1max发生在Uom=(2/pi)VCC=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：每个三极管的最大功耗为PTM=PCM>0.2P0MOCL乙类互补对称电路的特点OCL电路省去了大电容，即改善了低频响应，又便于集成化；注意：二个三极管的发射集直接连接到负载上，如果Q点失调，电路将过载，损坏电路，常常在负载回路接入熔断器作为保护。4.3采用复合管的互补对称式放大电路采用复合管的目的：扩大电流的驱动能力。4.3.1复合管的接法及其和rbe

1

2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合NPN型复合PNP型

rbe

rbe1＋（1＋

1）rbe2复合管组成原则

1.前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。

2.外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区（恒流区）。复合管的接法VT1bVT2ec

VT2VT1bec(a)NPN型(b)PNP型图4.3.1复合管的接法(c)NPN型

cVT1bVT2e(d)PNP型

VT2VT1bec图4.3.1复合管的接法二、复合管优点可以获得很高的电流放大系数

；提高的输入电阻；提高了总的电压放大倍数。复合管的构成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1由两个或两个以上三极管组成。复合管共射电流放大系数

值由图可见图5.3.19+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1则三极管输入电阻

rbe其中所以显然，

、rbe

均比一个管子

1、rbe1提高了很多倍。图4.2.19结论

1.两个同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。复合管的

1

2，复合管的rberbe1＋（1＋1）rbe2

2.两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的

1

2，复合管的rbe=rbe1

。

4.3.2带复合管的OCL互补输出功放电路：

T1：电压推动级（前置级）

T2、R1、R2：UBE扩大电路

T3、T4、T5、T6：复合管构成准互补对称功放

输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。

合理选择R1、R2，b3、b5间可得到UBE2任意倍的电压。例OCL高保真功率放大电路带恒流源的差动放大输入级共射放大电路中间级OCL准互补对称电路电压串联交流负反馈相位补偿4.4集成功率放大器OTL、OCL电路均有各种不同电压增益的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。集成功放的优点：温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小，内部有各种保护电路。集成功放的分类：通用型功放、专用型功放单通道功放、双通道功放小功率功放、大功率功放附：LM386内部电路图4.4.1

LM386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OCL功放电路输出端外接输出电容后再接负载，即为:OTL。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。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9.4.2

LM386的外形和引脚4.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）1．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2．为了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。3．互补对称功率放大器的几种主要结构：