第6章集成功率放大器

1、新世紀高職高專教材編審委員會組編主編王成安孟曉明（基礎(chǔ)篇）（第三版）第第6 6章功率放大電路章功率放大電路6.16.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.26.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.3 6.3 集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用第第6 6章功率放大電路章功率放大電路功率放大電路是電子電路的最末級，擔負著驅(qū)動負載的任務(wù)。如何將信號經(jīng)過多級放大以后能以符合要求的功率和盡可能小的失真?zhèn)鬟f給負載，是本章要重點研究解決的問題。功率放大器的種類很多，各有特點與不足。從最基本的功率放大器到最新的集成功率放大器，讓你把握功率放大器的發(fā)展

2、進程。尤其是近些年來異軍突起的“傻瓜”功率放大器和最新的D類放大器，在本章中當然也是重點介紹的對象。章首導(dǎo)言6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點電壓放大電路均屬小信號放大電路，它們主要用于增強信號的電壓或電流的幅度。實際上，很多電子設(shè)備的輸出要帶動一定的負載，能輸出信號功率足夠大的電路就是功率放大電路，簡稱功放。6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標1功率放大電路的任務(wù)電子設(shè)備中的放大器一般由前置放大器和功率放大器組成，如圖所示。前置放大器的主要

3、任務(wù)是不失真地提高輸入信號的電壓或電流的幅度，功率放大器的任務(wù)是在信號失真允許的范圍內(nèi)。放大器組成方框圖6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標2. 功率放大電路的主要技術(shù)指標(1) 輸出功率：功放電路根據(jù)負載要求向負載提供的有用信號功率。ommommommommommIUIUP2122(2)效率：放大電路提供給負載的功率是由直流電源提供的。DCoPP6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技

4、術(shù)指標(3) 管耗：功放電路中直流電源提供的功率除了供給負載外，其它部分主要被功率管所消耗，這部分功率稱為管耗：(4) 非線性失真：由于在功率放大電路中，三極管的工作點在大范圍內(nèi)變動，輸出波形的非線性失真比小信號放大電路要嚴重得多。ODCCPPP6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標3功率晶體管的工作特點擔任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱為功放管，一般由晶體三極管來擔任，近些年來，隨著場效應(yīng)管制造工藝的提高，功放管已經(jīng)被場效應(yīng)管所取代，因為場效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動功率。功率晶體管都工作在接近于

5、管子參數(shù)的極限狀態(tài)，選擇功率管時要注意不要超過管子的極限參數(shù)，要留有一定的余量，要考慮在電路中采取必要的過流保護，過壓保護措施，解決好管子的散熱問題。6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標3功率晶體管的工作特點擔任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱為功放管，一般由晶體三極管來擔任，近些年來，隨著場效應(yīng)管制造工藝的提高，功放管已經(jīng)被場效應(yīng)管所取代，因為場效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動功率。4功率放大器的分析方法在大信號情況下，微變等效電路分析法已不再適用。在工程上常采用圖解分析法。請參考其它書籍。6.1功率

6、放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標5使用功率晶體管需要注意的幾個問題(1) 功率管的散熱問題圖為某功率管的最大輸出功率和工作環(huán)境溫度的關(guān)系(PCMTa)曲線。(2)功率管的安全使用為了確保功率管的安全使用，在設(shè)計電路時，應(yīng)使管子工作于其伏安特性的安全區(qū)內(nèi)，盡量減少電路產(chǎn)生過壓和過流的可能性。功率管的最大輸出功率和環(huán)境溫度關(guān)系6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管1復(fù)合管的組成復(fù)合管是由兩個或兩個以上的三極管按照一定的連接方

7、式組成一只等效的三極管。基本規(guī)律是：前面的一支為小功率管，后面的一支為大功率管；復(fù)合管的組成必須滿足基爾霍夫的節(jié)點電流定律。由兩只三極管組成的四種類型的復(fù)合管6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管2復(fù)合管的特點(1)復(fù)合管的類型與組成復(fù)合管的第一只三極管的類型相同。在合理連接的條件下，若第一只三極管的類型為 PNP 型，則復(fù)合管的類型也為 PNP 型；若第一只三極管的類型為 NPN 型，則復(fù)合管的類型也為NPN型。(2)復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似等于組成該復(fù)合管的各三極管 值的乘積，即： 216.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶

8、體管的特點功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管3復(fù)合管的作用(1)對信號源提供電流的要求降低。功率放大電路的輸出電流比較大，要求提供給功率管基極的推動電流也比較大。(2)實現(xiàn)異型管子的配對有的功率放大電路要求功率管為一對參數(shù)基本相同但管型不同的異型管，而異型大功率管往往很難實現(xiàn)參數(shù)的一致。異型功率管的配對6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.16.2.1變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路傳統(tǒng)的功率放大電路常常采用變壓器耦合方式的功率放大電路。如圖所示。功率放大電路采用變壓器耦合方式的主要優(yōu)點是便于實現(xiàn)阻抗匹配，有利于信號的最大傳輸。但變

9、壓器體積龐大，比較笨重，消耗有色金屬，而且其低頻和高頻特性不好，在引入負反饋時還容易產(chǎn)生自激。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路1OCL互補對稱功率放大電路(1) 電路組成 乙類互補對稱功率放大電路6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路(2)工作原理當ui=0時，VT1VT2均處于零偏置，兩管的基極電流IBQ0，集電極電流ICQ0,輸出電壓uo=0，此時管子不消耗功率。在有正弦信號ui輸

10、入時：在信號ui的正半周，VT2因發(fā)射結(jié)反偏而截止，VT1因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，此時正電源VCC通過V1向RL提供電流ic1，輸出電壓uoui。在信號ui的負半周，TV1因發(fā)射結(jié)反偏而截止，VT2因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，此時負電源VTEE通過VT2向RL提供電流ic2，輸出電壓uoui。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路2OCL互補對稱功率放大電路主要性能指標的估算(1) 輸出功率在OCL互補對稱放大電路中，若輸入信號的幅度足夠大，其最大不失真輸出電壓的幅度要受三極管飽和壓降的影響，故最大不失真輸出電壓的幅度

11、為：OCL互補對稱放大電路的最大輸出功率為：CCsatCECCommVUVU)(LCCLsatCECCLommommommomRVRUVRUIUP2222122)(26.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路(2) 直流電源提供的直流功率由于每個管子只在半個周期內(nèi)有電流流過，故每個管子的集電極電流平均值為電路中正負電源所提供的總功率為：021)(sin21cmcmCCIttdIIILCCLsatCECCCCcmCCCCCDCRVRUVVIVVIP2)(12)(2226.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點

12、6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路(3) OCL互補對稱功放的效率可以算出，乙類功放的最大理論效率為：CComDCoVUPP4%5 .78444)(CCsatCECCCCommmVUVVU由于功率管的飽和壓降和元件損耗等因素，乙類互補對稱放大電路的效率僅能達到60左右。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路(4) 管耗OCL互補對稱電路中，每只功率管的管耗為：可見功率管的管耗與輸出電壓的幅度有關(guān)。)22(21)(21221LomLomCCoDCCCRURUVPP

13、PPommCmCPPP2 . 021可以看出：當電路的輸出功率最大時，三極管的管耗并不是最大，這也正是功放管可以工作在極限值的原因之一。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路3OCL互補對稱功率放大電路中功率管的選擇管子的集電極發(fā)射極反向耐壓、最大集電極電流和最大輸出功率要滿足下列關(guān)系：ommComLCCmCCMCCCEOBRPPPRVIIVU2 . 0211)(6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路4OCL互補對稱功率

14、放大電路中信號的交越失真OCL甲乙類互補對稱功率放大電路6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路UBE擴大電路在OCL甲乙類互補對稱功率放大電路中常用的偏置電路還有UBE擴大電路，如圖所示。只要調(diào)節(jié)電路中的電阻R1和R2的比值便可滿足電路中對偏置電壓的需要。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路1. OTL互補對稱式功率放大電路的電路組成如圖所示，為典型的OTL互補對稱功率放大電路。OTL互補對稱功率放大電路6.2功放電路

15、的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路2. OTL互補對稱式功率放大電路的特點OTL（沒有輸出變壓器）互補對稱功率放大電路與變壓器耦合功率放大電路及OCL功率放大電路相比，其主要特點是： 沒有輸出變壓器；只用一路直流電源VCC；用電容C代替了OCL電路中負電源的作用。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路3OTL互補對稱功率放大電路的工作原理靜態(tài)時，調(diào)整電阻的值，使兩管的發(fā)射極電位為 ，則電容兩端的電壓也為 。導(dǎo)通時則依靠電容上所充的

16、電壓供電。調(diào)節(jié)電阻的阻值，可以有一定的靜態(tài)電流，用來保證功率管工作在甲乙類狀態(tài)，從而消除交越失真。動態(tài)時，在輸入信號的正半周，此時的直流電壓提供電流，且向電容充電。在輸入信號的負半周，截止，導(dǎo)通，此時電容兩端的電壓 向提供電流。6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路 4OTL互補對稱功率放大電路主要性能指標的估算6.2功放電路的類型和特點功放電路的類型和特點6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路 4OTL互補對稱功率放大電路主要性能指標的估算6.2功放電路的類型和特

17、點功放電路的類型和特點6.2.4 6.2.4 采用復(fù)合管的功放電路采用復(fù)合管的功放電路由復(fù)合管組成的甲乙類互補對稱功率放大電路6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器除具有一般集成電路的特點外，還具有溫度穩(wěn)定性好、電源利用率高、功耗低、非線性失真小等優(yōu)點。有時還將各種保護電路如過流保護、過壓保護、過熱保護等電路集成在芯片內(nèi)部，使集成功率放大器的使用更加安全可靠。集成功放的種類很多，從用途上分，有通用型功放和專用型功放；從芯片內(nèi)部的電路構(gòu)成劃分，有單通道功放和雙通道功放；從輸出功率來分，有小功率功放和大功率功放等。6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.

18、16.3.1LM386LM386小功率通用型集成功放小功率通用型集成功放LM386集成功率放大電路6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.2 6.3.2 TDA2616/QTDA2616/Q中功率集成功率放大電路中功率集成功率放大電路TDA2616/Q中功率集成功放及其應(yīng)用6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.3 6.3.3 “ “傻瓜傻瓜”型集成功放型集成功放1006型“傻瓜功放”模塊及其應(yīng)用6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.4 6.3.4 BTLBTL功率放大器功率放大器BTL電路的原理圖1. 電路的組成BTL功率放大電路是在OCL、OTL功率放大電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，它可以在電源電壓較低的情況下輸出較大的功率。6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.4 6.3.4 BTLBTL功率放大器功率放大器BTL電路結(jié)構(gòu)圖2. 工作原理6.3集成