模拟电子技术 课件 27 其他类功率放大电路

模拟电子技术梁长垠教授项目四功率放大电路的制作与测试梁长垠教授BTL功放电路结构01甲类功放电路原理02功放管的散热保护03功放电路典型应用04一、BTL功放电路结构1.BTL功放电路组成OCL和OTL两种功放电路的效率很高，但是他们的缺点就是电源的利用率都不高，其主要原因是在输入正弦信号时，在每半个信号周期中，电路只有一个晶体管和一个电源在工作。为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式（桥式）无输出变压器电路，又称为桥式BTL（BalancedTransformerLess，简称BTL）电路。桥式BTL功放由两组对称的OTL或OCL电路组成，扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。一、BTL功放电路结构2.BTL功放电路原理（两个OTL构成的BTL电路）在输入信号ui正半周时，T1、T4导通，T2、T3截止，负载电流由VCC经T1、RL、T4流到虚地端。如图中的实线所示。

在输入信号ui负半周时，T1、T4载止，T2、T3导通，负载电流由VCC经T2、RL、T3流到虚地端。如图中虚线所示。可见：

（1）该电路仍为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对信号的放大；（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在VCC、RL相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率的4倍，即BTL电路电源利用率高；（3）BTL电路的效率在理想情况下，仍近似为78.5%。一、BTL功放电路结构3.BTL功放电路原理（两个OCL构成BTL电路）静态时，由于两个OCL电路的输出端电位相等（正常时应为零），故负载两端的直流电压为零，电桥处于平衡状态。动态时，在输入信号ui正半周时，T1、T4导通，T2、T3截止，负载电流由VCC经T1、RL、T4流到虚地端。如图中的实线所示。

在输入信号ui负半周时，T1、T4载止，T2、T3导通，负载电流由VCC经T2、RL、T3流到虚地端，如图中虚线所示。负载上可得到一个完整的正弦波。分析可得：输出功率是OCL电路的4倍。

BTL功放电路结构01甲类功放电路原理02功放管的散热保护03功放电路典型应用04二、甲类功率放大电路1.电路结构图示为变压器耦合甲类功率放大器电路。变压器的作用是信号隔直通交耦合与阻抗变换。2.工作原理在理想情况下，最大输出功率3.电路特点功放管在整个信号周内始终导通，信号失真小，但功耗大，效率低。直流电源提供功率电路最大效率

BTL功放电路结构01甲类功放电路原理02功放管的散热保护03功放电路典型应用041.集成功放外围元件规律集成功放电路品种非常多，应用时不一定能有功放电路和内部电路资料，可根据其外围元件连接电路分析判断。大多数芯片外围元件连接有以下规律：

（1）因集成功放主要应用于音频(低频)信号放大，所以输入端有输入耦合电容，一般取(1～10)μF电解电容。（2）集成功放需要直流偏置。对0CL电路，同相输入端通过一个电阻接地(使其直流电位为0)，电阻一般取几十千欧，太小将降低电路输入电阻；对0TL电路，为取得Vcc／2直流电位，需用电阻分压，0TL电路需输出耦合电容，电容越大，低频特性越好，一般取几十至一千微法，视输出功率和频响要求而定。（3）集成功放是一个开环增益很大的放大器，因此必须加负反馈，且为电压串联负反馈。四、功放管的保护1.集成功放外围元件规律（4）除上述电路元件外，其余元件(电路)均为辅助或改善性能电路，非必需电路。

①电源滤波。在集成功放电源输入端，一般用一个大容量电解电容（100～200μF）与一个无极性电容0.01～0.1μF并联。②输出端接与感性负载并联的RC网络，主要是改善频率响应。③保护二极管的作用，由于负载(扬声器)为感性，在电流快速切变时，会产生较高的感性电压(反电势)，可能损坏集成功放。二极管的作用是给过高的反电势提供泄放通路(也可理解为钳位削峰)。④有些集成功放，如LA4100、LA4440等，除外接输出电容、电源滤波电容外，还外接去耦电容、自举电容、旁路电容、负反馈隔直电容等。自举电容一端接输出端，另一端接集成功放某一引脚；去耦电容一端接集成功放某一引脚，另一端接地；旁路电容、负反馈隔直电容，一般为几十微法；无极性电容，主要改善频响特性和防止高频自激。四、功放管的保护四、功放管的保护2.对功放管的保护措施（1）限制输入、输出幅度。功放管的输入、输出并联二极管或稳压管，如图所示。D1、D2可限制输入信号幅度，D3~D6可限制输出信号幅度。（2）对感性负载进行相应补偿。为了防止由于接入感性负载而使功放管出现过电压或过电流现象，可在感性负载（扬声器）两端并接RC串联电路，称为相位补偿网络，它由小电阻R和大电容C构成，这样，一旦功放管的输出信号发生突然变化，感性负载产生的感应电动势加到补偿网络两端，起到了缓解作用，避免了对功放管的冲击。BTL功放电路结构01甲类功放电路原理02功放管的散热保护03功放电路典型应用04四、集成功放电路应用（1）音频前置功率放大器应用组成：输入级（T4、T5）、电压放大级（T3）、输出级（T6、T9）。四、集成功放电路应用（1）音频前置功率放大器应用输入级：T4、T5构成差分输入级（单入单出），由T4的集电极电压作为输出，直耦送入电压放大级T3。特点：本级采用了差分电路、恒流偏置、恒流负载三种技术措施。差分电路：提高输入电阻、抑制零点漂移。恒流偏置：稳定输入级的静态工作点，恒流负载：提高输入级的增益。T7、D3、D4、R16构成单管恒流源电路，利用其等效动态内阻R0恒定，作为T4、T5的恒流偏置，以稳定差分输入级的静态工作点。T1、T2构成镜像恒流源作为差分输入级集电极负载，以提高输入级电压放大的增益。T3构成共发射极放大器，T3为主电压放大级，它提供大部分电压增益。T8、D5、D6、R17构成单管恒流源电路，利用其R0恒定，作为T3的恒流负载（Rc），以提高电压放大器的增益。四、集成功放电路应用（1）音频前置功率放大器应用为解决直耦放大器工作点相互影响，T3采用PNP管，以提高前级的Uc。R3、C1构成电流负反馈，以稳定工作状态。C4为相位补偿电容，同时又是中和电容可完成高频消振。T6、T9构成推挽输出级（OCL），为射极输出结构，以降低输出阻抗，提高电路带负载能力。

D1、D2、R13构成恒压偏置电路，利用D1、D2的正向导通电压恒定，向T6、T9提供2Ube。以稳定输出级的工作状态。R7、R14构成射极负反馈偏置，以改善推挽输出级的交越失真。R6、R11、C7构成交直流级间负反馈环路，R取出输出级的输出信号电压，经C低通滤波形成与输出电压成正比的直流信号，作为差分输入级T4、T5的直流偏置，以控制其增益。放大倍数为：Av=1+(R6/R11)。四、集成功放电路应用（2）音频功率放大电路双电源集成运放，构成同相比例放大电路：C17、R29、R30为输入阻容耦合电路（R29、R30为分压电阻）；C14、R27、R28为电压并联负反馈支路（R27、R28为分压电阻），C15、C16为电源退耦电容，W为音量电位器。四、集成功放电路应用（2）音频功率放大电路电路主要由一级差分放大输入电路、一级差分电压激励放大及全互补推挽功率放大输出电路组成。为了使电路更加稳定，性能更加优良，还采用了二极管恒流源电路、共射-共基电路、温度补偿恒压偏置、二极管对电压、电流放大级电源隔离电路等。由于采用了两级差分放大电路和恒流源电路，加上二极管的隔离作用，故本电路能在较宽的电源电压变化范围内工作。在差分输入放大电路的输入端，R1、R2、C2组成了低通滤波电路，限制电路的通频带带，将无用的音频范围以外的高频信号滤除掉，提高电路的稳定性、抑制电路的高频噪声和自激。T1、T2组成第一级差分输入放大电路，其发射极电阻R3、R4为电流负反馈电阻；T3为其恒流源，T4为恒流源提供电压基准。R8、R9为两差分管的集电极负载电阻，同时兼做第二差分放大管的基极偏置电阻。四、集成功放电路应用（2）音频功率放大电路T6、T9组成第二级差分放大电路，既作为电压放大级，同时又是输出级的激励级。T6、T7组成了共射—共基电路，以改善电路的输出特性，并改善激励级的线性，展宽频带。T9兼为输出级提供偏置电流。D1与T8、R10、R11组成了第二级差分放大电路镜像恒流负载，以稳定第二级差分放大电路的工作，并进行电流—电压转换及信号传递。本电路采用二极管D1作为镜像恒流管。T8使差分放大电路做“双变单”输出，同时它还是输出级的电压推动级。T5、W1