電路第4章功率放大電路

1、第四章第四章 功率放大電路功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn)4.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路4.3實(shí)際的功率放大電路實(shí)際的功率放大電路4.4集成功率放大器集成功率放大器本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：本章重點(diǎn)和考點(diǎn)：1.重點(diǎn)掌握功放的分類(lèi)、最大輸出電壓、最大輸重點(diǎn)掌握功放的分類(lèi)、最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計(jì)算。出功率和效率的計(jì)算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章討論的問(wèn)題：本章討論的問(wèn)題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？電路有什么區(qū)別？Q點(diǎn)如何設(shè)定？點(diǎn)如何設(shè)定？2.

2、什么是晶體管的甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)工作狀態(tài)？什么是晶體管的甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)工作狀態(tài)？3.互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？4.甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)功放電路的最大輸出電壓、最甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)功放電路的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率如何計(jì)算。（大輸出功率和效率如何計(jì)算。（OTL、OCL）學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：圖解法圖解法例：例： 擴(kuò)音系統(tǒng)擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？什么是功率放大器？ 在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際

3、的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、作、 儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱(chēng)為功率放大器能輸出較大功率的放大器稱(chēng)為功率放大器功功率率放放大大電電壓壓放放大大信信號(hào)號(hào)提提取取4.1功率放大電路的主要特點(diǎn)功率放大電路的主要特點(diǎn)一一. 功放電路的特點(diǎn)功放電路的特點(diǎn)（1）輸出功率輸出功率Po盡可能大盡可能大(2) 電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（效率（ ）。）。Po: 負(fù)載上得

4、到的交流信號(hào)功率。負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PV ： 電源提供的直流功率。電源提供的直流功率。%1000VPP(3) 電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。cmcemcmcemom2122IUIUP 最大輸最大輸出功率出功率（5）功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題）功放管散熱和保護(hù)問(wèn)題（4） 功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值參數(shù)不能超過(guò)晶體管的極限值: ICM 、UCEM 、 PCM 。 ICMPCMUCEMIcuce分析方法分析方法：由于三極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，一般：由于

5、三極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，一般 不采用微變等效電路法，常采用不采用微變等效電路法，常采用圖解法圖解法。因?yàn)榈皖l功率放大電路因?yàn)榈皖l功率放大電路,轉(zhuǎn)換效率轉(zhuǎn)換效率78%，所以相當(dāng)大的功率消耗在管子集電結(jié)上，所以相當(dāng)大的功率消耗在管子集電結(jié)上，使管子溫度升高，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)允許值（硅使管子溫度升高，當(dāng)結(jié)溫超過(guò)允許值（硅管約管約200，鍺管為，鍺管為100）功放管被損壞，）功放管被損壞，所以必須給功放管加散熱片。所以必須給功放管加散熱片。 如加如加200mm200mm3mm的散熱片后的散熱片后Pom可由可由2W提到提到10W。變壓器耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路變壓器耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路圖圖4.1.1變壓器

6、耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路變壓器耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路同類(lèi)型管子在電路中交替同類(lèi)型管子在電路中交替導(dǎo)通的方式稱(chēng)為導(dǎo)通的方式稱(chēng)為“推挽推挽”工作方式。工作方式。無(wú)輸入信號(hào)，三管截止無(wú)輸入信號(hào)，三管截止有輸入信號(hào)，三管交替有輸入信號(hào)，三管交替導(dǎo)通導(dǎo)通傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路功率放大電路的分類(lèi)功率放大電路的分類(lèi)在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類(lèi)在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類(lèi)甲類(lèi)甲類(lèi)(2(2 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類(lèi)乙類(lèi)(2(2 ) )

7、tiCO Icm ICQ2 甲乙類(lèi)甲乙類(lèi)( ( 2 0.2P0MOCL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的特點(diǎn)乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的特點(diǎn)OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又 便便于集成化；于集成化；注意注意：二個(gè)三極管的發(fā)射集直接連接到負(fù)載上，如：二個(gè)三極管的發(fā)射集直接連接到負(fù)載上，如果果Q點(diǎn)失調(diào)，電路將點(diǎn)失調(diào)，電路將過(guò)載過(guò)載，損壞電路，常常在負(fù)載，損壞電路，常常在負(fù)載回路接入回路接入熔斷器熔斷器作為保護(hù)。作為保護(hù)。4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式放大電路采用復(fù)合管的目的：采用復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。4.3.1復(fù)合

8、管的接法及其復(fù)合管的接法及其 和和rbe 1 2晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。晶體管的類(lèi)型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合復(fù)合NPN型型復(fù)合復(fù)合PNP型型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb rbe rbe1（1 1）rbe2復(fù)合管組成原則復(fù)合管組成原則1. 前后兩個(gè)三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)輸出電前后兩個(gè)三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級(jí)輸出電流與后級(jí)輸入電流實(shí)際方向一致。流與后級(jí)輸入電流實(shí)際方向一致。2. 外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)管子均為發(fā)射結(jié)外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個(gè)管子均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)（恒

9、流區(qū)）。正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)（恒流區(qū)）。復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法VT1bVT2ec VT2VT1bec( (a) ) NPN 型型( (b) ) PNP 型型圖圖 4. 3.1復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法( (c) ) NPN 型型 cVT1bVT2e( (d) ) PNP 型型 VT2VT1bec圖圖 4.3.1復(fù)合管的接法復(fù)合管的接法二、復(fù)合管二、復(fù)合管優(yōu)點(diǎn)優(yōu)點(diǎn)可以獲得很高的電流放大系數(shù)可以獲得很高的電流放大系數(shù) ；提高的輸入電阻；提高的輸入電阻；提高了總的電壓放大倍數(shù)。提高了總的電壓放大倍數(shù)。復(fù)合管的構(gòu)成：復(fù)合管的構(gòu)成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1

10、bVT2eciC1由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管組成。由兩個(gè)或兩個(gè)以上三極管組成。復(fù)合管共射電流放大系數(shù)復(fù)合管共射電流放大系數(shù) 值值BC ii 因因?yàn)闉橛蓤D可見(jiàn)由圖可見(jiàn)2B21B12C1CCiiiii 1B11E2B)1(iii 1BBii 圖圖 5.3.191B21211B21B1C)()1 (iiii+uBEiBiB1iC2iCiEiE1 = iB2VT1bVT2eciC1則則212121 BCii所所以以三極管輸入電阻三極管輸入電阻 rbe2be11beBBEbe)1(rriur 其中其中)1(2be11be1B2be2B1be1BBErriririu 所以所以顯然，顯然， 、rbe 均比一個(gè)管

11、子均比一個(gè)管子 1、rbe1 提高了很多倍。提高了很多倍。圖圖 4. 2.19結(jié)結(jié) 論論1. 兩個(gè)同類(lèi)型的三極管組成復(fù)合管，其類(lèi)型與原來(lái)相同。兩個(gè)同類(lèi)型的三極管組成復(fù)合管，其類(lèi)型與原來(lái)相同。復(fù)合管的復(fù)合管的 1 2，復(fù)合管的，復(fù)合管的 rbe rbe1（1 1）rbe2 2. 兩個(gè)不同類(lèi)型的三極管組成復(fù)合管，其類(lèi)型與前級(jí)三極兩個(gè)不同類(lèi)型的三極管組成復(fù)合管，其類(lèi)型與前級(jí)三極管相同。復(fù)合管的管相同。復(fù)合管的 1 2，復(fù)合管的，復(fù)合管的 rbe = rbe1 。4.3.2 帶復(fù)合管的帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：互補(bǔ)輸出功放電路： T1：電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)）電壓推動(dòng)級(jí)（前置級(jí)） T2、R1、R2

12、：UBE擴(kuò)大電路擴(kuò)大電路 T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放復(fù)合管構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放 輸出級(jí)中的輸出級(jí)中的T4、T6均為均為NPN型晶體管，型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。兩者特性容易對(duì)稱(chēng)。 合理選擇合理選擇R1、R2，b3、b5間間可得到可得到 UBE2 任意倍的電壓。任意倍的電壓。22122RRRUUBECE uuLRT3TT65oT41T2Ti3RR12R例例 OCL 高保真功率放大電路高保真功率放大電路帶恒流源的差動(dòng)放大輸入級(jí)帶恒流源的差動(dòng)放大輸入級(jí)共射放大電路中間級(jí)共射放大電路中間級(jí)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路電壓串聯(lián)交流負(fù)反饋電壓串聯(lián)交流負(fù)反饋相位補(bǔ)償相位補(bǔ)償4.4

13、集成功率放大器集成功率放大器OTL、OCL電路均有各種不同電壓增益的多種型號(hào)的集電路均有各種不同電壓增益的多種型號(hào)的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實(shí)用電路。成電路。只需外接少量元件，就可成為實(shí)用電路。集成功放的優(yōu)點(diǎn)：集成功放的優(yōu)點(diǎn)：溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小，內(nèi)部有各種保護(hù)電路。真較小，內(nèi)部有各種保護(hù)電路。集成功放的分類(lèi)：集成功放的分類(lèi)：通用型功放、專(zhuān)用型功放通用型功放、專(zhuān)用型功放單通道功放、雙通道功放單通道功放、雙通道功放小功率功放、大功率功放小功率功放、大功率功放附：附：LM386內(nèi)部電路內(nèi)部電路圖圖4.4.1L

14、M386內(nèi)部電路原理圖內(nèi)部電路原理圖第一級(jí)差分放大電路第一級(jí)差分放大電路（雙入單出）（雙入單出）第二級(jí)共射放大電路第二級(jí)共射放大電路（恒流源作有源負(fù)載）（恒流源作有源負(fù)載）第三級(jí)第三級(jí)OCL功放電路功放電路輸出端外接輸出電容輸出端外接輸出電容后再接負(fù)載，即后再接負(fù)載，即為為:OTL。電阻電阻R7從輸出端連接到從輸出端連接到T2的發(fā)射極形成反饋通道，并與的發(fā)射極形成反饋通道，并與R5和和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。二、二、LM386的電壓放大倍數(shù)的電壓放大倍數(shù)1.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間開(kāi)路時(shí)之間開(kāi)路時(shí)Uf=UR5+UR6Ui/2 OiOfUU

15、RRRRRUUF276565202)1 (2657657RRRRRRUUAiOu2.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間外接電阻之間外接電阻R時(shí)時(shí)RRRRAu/26573.當(dāng)引腳當(dāng)引腳1和和8之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí)之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí)200257RRAu4.在引腳在引腳1和和5之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數(shù)之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數(shù)657)/(2RRRRAu電壓放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，電壓放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為：調(diào)節(jié)范圍為：20200。三、三、LM386引腳圖引腳圖圖圖9.4.2LM386的外形和引腳的外形和引腳4.4.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)（略）集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)（略）1功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸功率放大器的特點(diǎn)：工作在大信號(hào)狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。率和效率。2為了提高效率，在功率放大器中，為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類(lèi)和甲常工作在乙類(lèi)和甲乙類(lèi)狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放乙類(lèi)狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到78.5。3互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：互補(bǔ)對(duì)