模电第五章 功放电路的分析与测试

任务4-1乙类互补功率放大电路分析

任务4-2甲乙类互补功率放大电路分析

任务4-3脉宽调制器电路仿真测试

情境任务

任务4-4LM386相关特性的测试例：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一.功放电路的特点（2）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

。ICMPCMUCEM（1）输出功率Po尽可能大Icuce功放电路基本知识

(3)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。(4)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。PE：电源提供的直流功率。（5）功放管散热和保护问题二.BJT的几种工作状态甲类：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：BJT只在正弦信号的半个周期内均导通。iCuCEQ2ICQVCC三、功率放大器的分类

1.按静态工作点位置分（1）甲类（A类）功率放大器：晶体管在整个输入信号周期都导通的,即通角θ＝360°。（2）乙类（B类）功率放大器：晶体管在半个输入信号周期导通,即通角θ＝180°。

（3）甲乙类（AB类）功率放大器：是介于甲类和乙类之间的状态,即180°<θ<360°。（4）丙类（C类）功率放大器：晶体管在小于半个输入信号周期导通,即通角θ<180°。η甲<η甲乙<η乙<η丙

单管甲类功率放大器的主要缺点是效率低，管耗大。射极输出器输出电阻低，带负载能力强，可以用做功率放大器？Q点正好在中点时甲类放大电路不适合用于功率放大，仅用于实现电压、电流信号放大

2.按功率放大电路与负载间耦合方式分（1）变压器耦合（2）无输出变压器耦合－互补对称功率放大器1）OCL（OutputCapacitorless）－双电源供电无输出电容2）OTL（OutputTransformerless）－单电源供电有输出电容3）BTL（BalancedTransformerless）－桥式平衡电路一.结构互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、PNP各一支；两管特性一致。组成互补对称式射极输出器。任务4-1乙类互补功率放大电路分析

二、工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2

静态时：ui=0V

ic1、ic2均=0（乙类工作状态）

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压第1题：

功率放大电路用于实现功率的放大，一般置于放大电路的

一级，其核心元件为

三极管。第2题：

功率放大电路的效率为

与

之比。甲类功放电路的效率为

。

第3题：

按照静态工作点位置功率放大电路分为甲类、

和

。效率最高的是

，效率最低的是

。

第4题：

按照与输出负载的耦合方式功率放大电路分为

和

。其中工作于双电源模式的为

；工作于单电源模式，输出端带有大电容的是

。第5题：

功放管工作于乙类时，其导通角为

度，为了使输出信号在一个周期内波形完整，采用两个功放管构成

结构，一个为

型，一个为

型。第6题：

乙类互补对称功率放大电路效率虽高，但是因为

导致输出波形在

处产生失真现象，称为

失真。组合特性分析——图解法负载上的最大不失真电压为Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom最大不失真输出功率Pomax1.输出功率Po三、分析计算一个管子的管耗2.管耗PT两管管耗3.电源供给的功率PE当4.效率

最高效率

max四．三极管的最大管耗

问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：选功率管的原则：1.PCM

PT1max=0.2PoM2．例如，负载要求的最大功率POm=10W，那么只要选一个功耗PCm大于0.2POm=2W的功率管就行了。tuo交越失真uit1.存在交越失真五、乙类互补对称功放的缺点

每个管子BE结加正偏电压，通常2.克服交越失真的办法使管子静态时微导通，90°<θ<180°即工作在甲乙类。

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R1、D1、D2、R2支路1）基本原理

3.交越失真的消除电路（甲乙类双电源互补对称电路）uB1tUTtiBIBQ波形关系：ICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceVCC/ReVCCIBQEWB演示——功放的交越失真4、克服交越失真的几种电路－甲乙类双电源互补对称功率放大电路(b)是利用二极管的正向压降为V1、V2提供所需的偏压,VD1、VD2还具有温度补偿的作用。即(c)是利用UBE倍压电路向V1、V2管提供所需的偏压,1、基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。（1）静态偏置

调整RW阻值的大小，可使此时电容上电压任务4-2甲乙类互补功率放大电路分析

（2）动态分析（电容起到了负电源的作用）Ui负半周时，T1导通、T2截止；Ui正半周时，T1截止、T2导通。动画演示（3）输出功率及效率若忽略交越失真的影响。则：2.带自举电路的单电源功放静态时C1充电后，其两端有一固定电压动态时由于C1很大，两端电压基本不变，使C1上端电位随输出电压升高而升高。保证输出幅度达到VCC/2。C1、R7为自举电路总结：互补对称功放的类型

互补对称功放的类型双电源电路又称OCL电路（无输出电容）单电源电路又称OTL电路（无输出变压器）OTL电路主要性能指标的计算与OCL电路相似，但公式中UCC换成UCC/21.输出端有一大电容,单电源供电OTL2.导通角在180度至360度之间甲乙类3.正负电源供电功放电路OCL4.效率最低的功放电路甲类5.静态时功放管工作于微导通状态甲乙类【互补对称电路需要一对性能相近的异性管，小功率异型管配对较容易，但大功率管配对较困难。如果输出管用大功率的同型管，而在输出管的前面再一对异型管就组成复合管。就解决了大功率异型管配对的困难。】注意：1.复合管增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。

1

2管子类型由复合管中的第一支管子决定。电流流向要一致复合NPN型复合PNP型复合互补对称功率放大器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。3.带运放前置放大级的功率放大电路（OCL）运放A接成同相输入方式作前置放大级。引入了电压串联负反馈。整个电路的电压放大倍数：

4.带运放前置放大级的功率放大电路（OTL）

集成功率放大器介绍

集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点,目前使用越来越广泛。

1．TDA2030A音频集成功率放大器简介

TDA2030A是目前使用较为广泛的一种集成功率放大器,与其它功放相比,它的引脚和外部元件都较少。常用于收录机和有源音箱中,作音频功率放大器,也可作其它电子设备中的功率放大。因其内部采用的是直接耦合,亦可以作直流放大。2）TDA2030引脚排列及功能

1）主要性能参数电源电压UCC±3~±18V输出峰值电流3.5A输入电阻>0.5MΩ静态电流<60mA（测试条件:UCC=±18V）电压增益30dB频响BW0~140kHz在电源为±15V、RL=4Ω时,输出功率为14WTDA2030A集成功放的内部电路

2．TDA2030A集成功放的典型应用

1）双电源（OCL）应用电路

输入信号ui由同相端输入,R1、R2、

C2构成交流电压串联负反馈,因此,闭环电压放大倍数为

2）单电源（OTL）应用电路

对仅有一组电源的中、小型录音机的音响系统,可采用单电源连接方式。

LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少,广泛用于收录机、对讲机、电视伴音等系统中。

3.通用型集成功放LM386图a为

LM386内部电路,共有3级。V1～V6组成有源负载单端输出差动放大器，用作输入级,其中V5、V6构成镜像电流源用作差放的有源负载以提高单端输出时差动放大器的放大倍数。中间级是由V7构成的共射放大器,也采用恒流源I作负载以提高增益。输出级由V8～V10组成准互补推挽功放,其中VD1、VD2组成功放的偏置电路以消除交越失真。LM386的管脚排列如图（b）所示,为双列直插塑料封装。管脚功能为:2、3脚分别为反相、同相输入端;5脚为输出端;6脚为正电源端;4脚接地;7脚为旁路端,可外接旁路电容以抑制纹波;1、8脚为电压增益设定端。当1、8脚开路时,负反馈最深,电压放大倍数最小,此时Auf=20。当1、8脚间接入10μF电容时,内部1.35kΩ电阻被旁路,负反馈最弱,电压放大倍数最大,此时Auf=200（46dB）。当1、8脚间接入电阻R和10μF电容串联支路时,调整R可使电压放大倍数Auf在20～200间连续可调,且R越大,放大倍数越小。

LM386