项目2-3 功率放大电路讲解

2-3功率放大电路一、功率放大电路1.功率放大器的分类

功率放大电路与电压放大电路没有本质上的区别。它们都是利用放大器件的控制作用，把直流电源的能量转化为按输入信号规律变化的交变能量输出送给负载。所不同的是：电压放大电路的主要任务是不失真地放大信号电压；功率放大电路的主要任务则是使负载得到尽可能不失真的信号功率。功放电路中的晶体管称为功率放大管，简称“功放管”。广泛用于各种电子设备、音响设备、通信及自控系统中。(1)功率放大器按工作状态一般可分为：①甲类放大器：这种功放的工作原理是输出器件晶体管始终工作在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动，这种功放失真小，但效率低，约为50%，功率损耗大，一般应用在家庭的高档机较多。②乙类放大器：两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期内导通，另半个周期内截止。该类功放效率较高，约为78%，但缺点是容易产生交越失真。③甲乙类放大器：兼有甲类放大器音质好和乙类放大器效率高的优点，被广泛应用于家庭、专业、汽车音响系统中。甲乙类放大器乙类放大器甲类放大器合并式放大器：将前级放大器和后级放大器合并为一台功放，兼有前二者的功能，通常所说的放大器都是合并式的，应用范围较广。2.功率放大器的特点及技术指标(1)功率放大器的特点①由于功放电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大；②由于要求输出信号幅度大，通常使三极管工作在极限应用状态，即三极管工作在接近饱和区与截止区的工作状态，因此输出信号存在一定程度的失真。③功率放大电路在输出功率的同时，三极管消耗的能量也较大，因此三极管的管耗不能忽视。④功率放大电路工作在大信号运用状态，因此只能采用图解法进近估算。(2)功率放大器的技术要求

由于功放的上述特点，因此实用中对功率放大器有一定的技术要求。（1）效率尽可能高（2）具有足够大的输出功率（3）非线性失真尽可能小（4）散热条件要好

功放通常工作在大信号情况下，所以输出功率和功耗都较大，效率问题突显。我们期望在允许的失真范围内尽量减小损耗。

为获得最大的功率输出，要求功放管工作在接近“极限运用”状态。选用时应考虑管子的三个极限参数ICM、PCM和U(BR)CEO。

处于大信号工况下的管子不可避免地存在非线性失真。但应考虑在获得尽可能大的功率输出下将失真限制在允许范围内。

功放管工作在“极限运用”状态，因而造成相当大的结温和管壳温升。散热问题应充分重视，应采取措施使功放管有效地散热。动画，点击，确定电子课动画集\41功放效率.swfOCL原理电路与波形二、

乙类互补对称功率放大器

（一）基本电路结构与工作原理

1.电路结构。2.工作原理

由图可知，静态时，由于基极没有偏置IBQ=0，ICQ=0，VT1、VT2处于截止状态。动态时，ui为正半周，VT1管导通，VT2管截止，产生电流ic1自上而下流经负载RL，形成输出电压uo的正半周。

ui为负半周时，VT1管截止，VT2管导通，产生电流ic2自下而上流经负载RL，形成输出电压uo的负半周。所以当ui变化一个周期时，VT1、VT2管轮流导通，在输出端获得完整的输出电压波形。

1）功率计算

Po等于负载RL上的电压有效值Uo与电流有效值Io的乘积。设Uom为输出电压幅值，Iom为输出电流幅值。设Uomax为输出最大电压幅值，则输出功率的一般表示式为，

2）效率计算推导忽略，电源提供的最大功率经分析知：输出功率与电源提供的功率之比称为电路的效率。在理想情况下，电路的最大效率为：

3.大功率三极管的极限参数选取理论分析表明，乙类互补对称放大电路中功率三极管的极限参数可按以下公式选取：最大效率实际上达不到。有管子压降等原因。4.实用OCL电路

OCL互补对称电路为了消除乙类互补对称电路的交越失真，通常给两个互补管的发射结设置一个略大于死区电压的直流正向偏压，使两管在静态时处于微导通。图所示的电路就是利用二极管VD1，VD2的直流导通压降作为功放管VT2，VT3的基极偏压来克服交越失真，这种工作方式称为甲乙类放大。VT1组成前置放大级，给输出功放级提供足够大的驱动电压电流。二极管VD上的交流压降很小可以忽略。甲乙类功放技术指标的计算方法和乙类功放相同。动画电子课动画集\47交越失真.swf【例】在上页图所示电路中，已知，，VT2和VT3管的饱和管压降，输入电压足够大。试问：（1）最大输出功率和功放效率η各为多少？（2）功放晶体管的最大功耗至少应为多少？解：（1）要考虑题目给出的饱和压降，实际最大输出功率;

效率（2）忽略饱和管压降。三、

OTL互补对称放大电路

互补对称电路是集成功率放大电路输出级的基本形式。当它通过容量较大的电容与负载耦合时，由于省去了变压器而被称为无输出变压器(OutputTransformerless)电路，简称OTL电路。若互补对称电路直接与负载相连，输出电容也省去，就成为无输出电容(OutputCapacitorless)电路，简称OCL电路。

OTL电路采用单电源供电，OCL电路采用双电源供电。1.

基本OTL电路(1)

特点T1、T2的特性一致；一个NPN型、一个PNP型两管均接成射极输出器；输出端有大电容；单电源供电。(2)静态时(ui=0),

IC10，IC20OTL原理电路电容两端的电压RLuiT1T2+UCCCAuO++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)动态时

设输入端在UCC/2

直流基础上加入正弦信号。T1导通、T2截止；同时给电容充电T2导通、T1截止；电容放电，相当于电源

若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。ic1ic2交流通路uo输入交流信号ui的正半周输入交流信号ui的负半周动画-OTL电子课动画集\49-otl功放.swf2.实用(OTL)互补对称放大电路OtuiR1iC2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+++ui

+uo

OtuoiC1OTL电路图中两个晶体管T1(NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。静态时，调节R3，使A

点的电位为。

输出耦合电容

CL

上的电压也为。

R1

和D1

、D2

上的压降使两管获得合适的偏压，工作在甲乙类状态。

对OTL功放，静态时，由于两管静态电流大小相等、方向相反，所以流过负载的静态电流为零。动态时，由于二极管的动态电阻很小，可以忽略不计，其工作原理与OCL基本电路类同，输出功率、效率、管耗近似相同。该电路工作在甲乙类状态，为了提高效率，在设置偏压时，应尽可能接近乙类状态。

在输出功率较大时常采用复合管复合管的构成ic1=

1

ib1,ic2=

2ib2

=

2(1+

1)ib1,ic

=ic1+ic2

=[

1+

2(1+

1)]ib1

1

2ib1方式1ib2=ie1=(1+

1)ib1,ib=ib1,CBET1NPNT2NPNibicieBECibicieNPN

复合管的电流放大系数

1

2复合管的类型与复合管中第一只管子的类型相同方式2EBCT1PNPT2NPNibicieBCEibiciePNP

各种复合管是由两个或两个以上的晶体管按照图3-44所示的方法构成的一个三端子器件，又称达林顿管。连接时，在串接点应保证电流的连续；在并接点应保证总电流为两管电流的算术和。

3.功放电路应用实例

图示为采用复合管组成的由集成运放前置驱动的OTL功率放大器，它又称为准互补对称功率放大器。工作于甲乙类状态。静态时，由VD、R4、R5提供的偏置电压使VT1～VT4微导通，输出和负载之间是一个电容C，中点电位为UCC/2，uO＝0V。R11对运放构成深度负反馈使其工作在放大区。四、集成功率放大器

集成功率放大器是一种单片集成电路，即把大部分电路及包括功放管在内的元器件集成制作在一块芯片上。为了保证器件在大功率状态下安全可靠地工作，通常设有过流、过压以及过热保护等电路。

目前集成功率放大器的型号很多，它们都具有外接元件少，工作稳定，易于安装和调试等优点。我们只需了解其外部特性和正确的连接方法，以下举例简介。

TDA2030外形及管脚排列1.集成功放TDA2030及应用电路图3.29所示的是集成功率放大器TDA2030的外形及管脚排列。其电源电压UCC=±6～18V，输出峰值电流为3.5A。当负载阻抗为4

时，输出功率为14W。TDA2030可双电源供电，接成OCL电路，也可单电源供电，接成OTL电路。下页图所示的应用电路是OCL电路的接法。TDA2030应用电路

2.傻瓜集成功率放大器100