第9章 功率放大电路12

第9章功率放大电路9.1功率放大电路概述9.2互补功率放大电路9.3集成功率放大电路第9章功率放大电路知识要点：1、掌握功率放大电路基本电路特性;2、掌握常见功放电路类型：OCL、OTL、BTL基本电路结构特征及其相关特性。1、功率放大电路，简称功放，是一种能够向负载电路提供足够功率输出的放大电路。2、用途非常广泛，例如：收音机、录音机、电视机、汽车等的音响、喇叭之前的电路必有功率放大电路；一些测控系统中的控制电路部分也必存在功放电路。3、对应分立电路、集成电路两种电路形式。9.1功率放大电路概述4、功放电路与共射（共集、共基）放大电路的区别：（1）相同点：同为由三极管构成的放大电路；本质同为对能量的控制与转换，即将电路中直流电源的能量转换为信号的能量，提供给负载电路。（2）不同点：对输出电量的要求不同：共射（共集、共基）放大电路要求输出端能够向负载电路提供一定的输出电压或输出电流，因此又被称为：电压放大电路或电流放大电路；而功率放大电路要求电路输出端向负载电路提供足够的功率输出，由P=UI知，要求输出电压和输出电流的值都较大。5、功放电路应满足的基本性能要求：（1）根据负载电路要求，提供所需功率；最大输出功率“Pom”：指功放电路在输入信号为正弦波，并且输出波形基本不失真状态下，负载电路可获得的最大交流功率。在数值上等于在电路最大不失真状态下的输出电压有效值和输出电流有效值的乘积，即Pom=Uom×Io。功率放大电路中的三极管称为“功放管”，共射（共集、共基）放大电路中的三极管称为“放大管”。功放电路中的功放管工作于“大信号状态”下；共射（共集、共基）放大电路中的三极管工作于“小信号状态”下。（2）具有较高的转换效率“ŋ”；思考：功放电路输出的功率由谁提供？答案：由电路中配置的直流电源提供。转换效率“ŋ”的定义：电路最大输出功率与直流电源所提供的直流功率之比，即：ŋ=Pom/Pv；

Pv=功放电路中电流的平均值与直流电源电压值的乘积。电路散热问题：功放电路内部的功率损耗主要表现为三极管——功放管集电结的功耗上，其功耗增大，结温就升高，当温度升高到一定值后，就可能把功放管烧坏。对于硅材料的功放管，其集电结所耐受的温度范围为120~180ºC；锗材料的所耐受的温度范围仅为85ºC左右。功放管要特别注意散热问题：体积外形特别、外加散热片。（3）非线性失真要小；对于同一功放管而言，输出的功率越大，输出波形非线性失真就越严重。因此，对于功放电路而言，其输出功率与输出波形的非线性失真度之间是一对矛盾，在实际应用中，一般是根据实际需要，人为规定一个允许的失真度。思考：如何能够提高功放电路的转换效率“ŋ”？6、提高转换效率“ŋ”的途径[减小功放管集电结损耗的途径]分析一：此图表明：Q点位置设置合理，三极管在整个信号周期内都导通工作，即使电路ui=0，也会较大值的ICQ流经集电结，在电路内部产生功率损耗。所对应的ŋ最大取值只为50%，三极管在输入信号的整个周期内——2π都是导通工作的，即其导通角θ=360º，这称为三极管工作于甲类状态。分析二：图中：三极管的Q点位置偏下，ICQ值降低，三极管只能在输入信号的大半个周期内导通工作，此种状态下三极管的导通角θ=180~360º，称三极管工作于甲乙类状态。这种工作状态对应的放大电路内部功耗降低，ŋ提高。分析三：图中：Q点下移至横坐标轴上，即只让三极管在输入正弦波的半个周期内导通工作，导通角θ=180º，此种情况，称三极管工作于乙类状态，即当电路的ui=0时，电路中的ICQ=0，内部功耗达到最小，ŋ可高达78.5%。思考：如何确保既提高电路ŋ，又能避免电路波形的严重失真问题？借助于两个或两个以上的三极管在输入正弦波的正负半周交替工作，构成互补型功放电路即可解决此问题。传统结构的实用的功放电路：变压器耦合乙类推挽功率放大电路优点：可实现阻抗变换，适用于负载电阻较小的场合；缺点：体积大，份量重，成本高，当电路引入负反馈后，在低频和高频信号作用时，易产生自激振荡。(乙类)推挽：同类型三极管在同一电路输入信号的正负半周交替导通工作(三极管工作于乙类状态)。9.2互补功率放大电路引入：目前较为常用的三种结构（类型）的功放电路：OTL功放电路：无输出变压器的功放电路；OCL功放电路：无输出电容的功放电路；BTL功放电路：桥式推挽功放电路。一、OTL功率放大电路1、结构特点：由NPN、PNP型两个三极管构成（要求特性对称），与负载电阻RL通过一个大容量的电容连接（一般为几千微法电解电容），单电源供电。静态时（ui=0），要求保证：UBQ=VCC/2（前级电路保障），则UEQ=VCC/2，即电容C上被充电压为VCC/2。所对应的UBEQ=0，T1、T2管均处于截止状态。知识点回顾：三极管工作于放大状态的外部条件：Je正偏，Jc反偏。NPN型三极管：UBE>Uon，PNP型三极管：UEB>Uon(UBE<Uon)。若将三极管视为理想化，忽略其开启电压，即Uon=0，则：NPN：UBE>0；PNP：UEB>0(UBE<0)。＋VCC＋VCC/22、工作原理分析：（1）当ui>0时，即输入信号正半周到来，UBE>0，则T1管导通，T2管截止，在VCC直流电源作用下，对应电路中的电流流径为：ie1；构成一射极跟随器。（2）当ui<0时，即输入信号负半周到来，UBE<0，则T2管导通，T1管截止，VCC直流电源不起作用，在电容C放电的作用下，对应电路中的电流流径为：ie2；构成射极跟随器。uitOie1ie2+-3、特性总结：在OTL功放电路中，NPN与PNP型两种类型的三极管在输入正弦波信号的正负半周内交替工作，形成互补工作方式，且两个三极管均工作于乙类状态。互补工作方式：不同类型三极管在输入信号同一周期内交替工作的方式。OTL功放电路的缺点：虽不含变压器，但含大容量电容，不便于集成，且电容的纯电容效应差。——OCL功放电路可克服此缺憾。二、OCL功放电路：1、结构特点：电路输出端与负载直接相连，且为正负对称双电源供电。静态时（ui=0），由于电路上下的对称性，对应的UBEQ=0，T1、T2管均处于截止状态。2、工作原理分析：（1）当ui>0时，即输入信号正半周到来，UBE>0，则T1管导通，T2管截止，在+VCC直流电源作用下，对应电路中的电流流径为：ie1；构成一射极跟随器。（2）当ui<0时，即输入信号负半周到来，UBE<0，则T2管导通，T1管截止，在-VCC直流电源作用下，对应电路中的电流流径为：ie2；构成射极跟随器。＋VCC－VCCuitO+-ie1ie23、特性总结：需正负对称双电源供电，对电源配置要求较高。为了实现单电源供电，又无大容量电容，BTL功放电路可满足此要求。三、BTL功放电路：1、结构特点：由四个特性对称的三极管构成：T1、T2管为NPN型，T3、T4管为PNP型，单电源供电。静态时（ui=0

），由于电路上下的对称性，对应的UBEQ=0，所有三极管均处于截止状态。E13B13B24E242、工作原理分析：（1）当ui>0时，即输入信号正半周到来，T1、T4管导通，T2、T3管截止，在+VCC直流电源作用下，对应电路中的电流流径为：ie1。（2）当ui<0时，即输入信号负半周到来，T2、T3管导通，T1、T4管截止，在+VCC直流电源作用下，对应电路中的电流流径为：ie2。uitO+-E13E24B13B24ie1ie23、特性总结：

BTL功放电路中三极管数量多，内部功耗大，ŋ较低，且四个三极管很难实现特性上的理想对称。4、“交越失真”：解决措施：令功放电路中的三极管在静态时（ui=0

），均处于微导通状态，即让功放管工作于甲乙类状态。消除交越失真的OCL电路：B1B2所以两个三极管在静态时处于微导通状态静态：动态：9.3集成功率放大电路1、内部电路构成：集成OTL电路类型介绍：LM3862、外形引脚排列：3、基本接法电路：接法一：外接元件最少的用法（电压增益最小接法——电压增益约为20）接法二：电压增益最大的用法（电压增益约为200）

接法三：一般用法电压增益可调