電子線路配套資源第5章-低頻功率放大器課件

1、 5.1 低頻功率放大器的基本要求和分類(lèi) 名 師 課 堂5.1.1 功率放大電路的基本要求1.有足夠的輸出功率 2.效率要高 3.非線性失真要小 4.功率管的散熱要好 名 師 課 堂 5.1.2 功率放大器的分類(lèi) 1.根據(jù)放大器所設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的不同進(jìn)行分類(lèi)（1）甲類(lèi)放大狀態(tài)（2）乙類(lèi)放大狀態(tài) （3）甲乙類(lèi)放大狀態(tài)（4）丙類(lèi)放大狀態(tài) 名 師 課 堂2. 根據(jù)功率放大器的電路形式不同分類(lèi)（1）變壓器耦合功率放大器。（2）單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器（OTL電路）（3）雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器 (OCL電路)（4）集成功率放大器 名 師 課 堂5.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器具有兩種形式：

2、一種是無(wú)輸出變壓器的功率放大器，采用單電源供電的方式，常稱(chēng)為OTL電路，另一種是無(wú)輸出電容的功率放器，采用雙電源供電的方式，常稱(chēng)為OCL電路。這兩種電路在結(jié)構(gòu)上基本相似，原理上也基本相同。由于互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路簡(jiǎn)單，效率較高，是目前使用最廣泛的功放電路。 名 師 課 堂5.2.1 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（OCL電器）電路組成 電路如圖 5.2.1 所示，放大器由一對(duì)特性和參數(shù)對(duì)稱(chēng)但類(lèi)型不同的兩個(gè)晶體管組成對(duì)稱(chēng)的射極輸出器電路。輸入信號(hào)接于兩管基極，負(fù)載R L接在兩管發(fā)射極上，由正、負(fù)等值的雙電源供電。 名 師 課 堂工作原理 靜態(tài)時(shí)，基極電位 VB=0，由于T1、T2的特性對(duì)稱(chēng)，故輸出點(diǎn)電壓

3、VA=0， 即沒(méi)有直流電流流過(guò)負(fù)載R L，我們常把A點(diǎn)電位VA稱(chēng)為中點(diǎn)電位。 動(dòng)態(tài)時(shí)（為了方便下面的討論，假設(shè)三極管的導(dǎo)通電壓為零，即VBE0時(shí)三極管導(dǎo)通），當(dāng)輸入信號(hào)的正半周時(shí)， T 1管發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通，T2管發(fā)射結(jié)反偏截止，產(chǎn)生電流由上而下流過(guò)負(fù)載RL，在負(fù)載上輸出的正周。 名 師 課 堂 當(dāng)輸入信號(hào)的負(fù)半周時(shí)，T2管導(dǎo)通，T 1管截止，電流ic2由下而上流過(guò)負(fù)載RL，在負(fù)載上輸出的負(fù)半周。 這樣T 1， T2輪流導(dǎo)通，交替工作，在負(fù)載 RL上得到一個(gè)完整的正弦波形， 名 師 課 堂3. 輸出功率和效率 (1)輸出功率Po在負(fù)載RL上得到的輸出功率，用Po表示 (5.2.1)在理想情況下，

4、可認(rèn)為Vom=Vcc-VCESVCC ，則最大輸出功POM可表示為 （5.2.2） （2）效率 效率為輸出功率和電源提供功率的比值，設(shè)電源消耗的功率用PEM表示，則: 上式說(shuō)明，在理想乙類(lèi)功放電路中，如果電源提供了10W的直流功率，有7.85W轉(zhuǎn)換成交流輸出功率,僅有2.15W消耗在功率管上。 名 師 課 堂交越失真及消除方法 （1）交越失真 上面討論中忽略了三極管導(dǎo)通電壓的影響。實(shí)際上，由晶體管的輸入特性可知，基極與發(fā)射極之間的電壓VBE必須超過(guò)門(mén)坎電壓Vth時(shí)才會(huì)產(chǎn)生基極電流和相應(yīng)的集電極電流。當(dāng)輸入電壓小于門(mén)坎電壓時(shí)，管子截止，iE1和iE2基本為0，結(jié)果使集電極電流底部發(fā)生變形，如圖

5、所示，這種使輸出電流在正、負(fù)半周交接處產(chǎn)生的失真稱(chēng)之為交越失真。 名 師 課 堂（2）如何消除交越失真 消除交越失真的最好方法是在兩管的基極回路中加上合適的偏置電壓，使管子在靜態(tài)時(shí)能處于微導(dǎo)通狀態(tài) 。消除交越失真的靜態(tài)偏置電路常用的有二極管串聯(lián)電路和VBE倍增電路。（A）二極管串接電路 如圖 右圖 所示，采用兩只硅二 極管串聯(lián)起來(lái)接于兩功率管基極之間， 利用二極管的正向管壓降為兩功率管 提供所需偏置，以避免交越失真。二極 管正向?qū)〞r(shí)交流內(nèi)阻很小，對(duì)信號(hào)的衰減小，使兩管基極交流信號(hào)的幅值基本相等。此外當(dāng)溫度升高時(shí)，二極管的正向壓降隨溫度升高而減小，這樣對(duì)兩只功率管還具有溫度補(bǔ)償作用 。 名 師

6、 課 堂(B) VBE倍增電路 電路如下圖所示，R4、R5為VT3管的偏置電阻。利用VT3管的壓降VCE3，作為功放管的偏置電壓。調(diào)整R4的阻值，使VCE3滿足功放管不出現(xiàn)交越失真所需的偏置值。 名 師 課 堂5.2.2 單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路（0TL電路） 如圖5.2.6 所示為OTL電路的基本結(jié)構(gòu)，電路中放大元件是兩個(gè)不同類(lèi)型但特性和參數(shù)完全對(duì)稱(chēng)的晶體管，與圖5.2.1 所示的電路比較，具有兩個(gè)不同之處，采用單電源供電，輸出端通過(guò)大容量電容C與負(fù)載RL耦合。 名 師 課 堂電路工作原理： 如圖5.2.6所示OTL電路中，靜態(tài)時(shí)因兩管對(duì)稱(chēng),所以中點(diǎn)電位， 管子VT1、VT2的發(fā)射結(jié)電壓

7、，兩個(gè)管均截止。輸入ui 為正弦交流信號(hào)，當(dāng)vi為正半周時(shí)，VT1管導(dǎo)通，VT2管截止，電源向C充電并在RL兩端輸出正半周信號(hào)；當(dāng)vi為負(fù)半周時(shí)，VT1管截止，VT2管導(dǎo)通，電容器C通過(guò)VT2管形成放電回路，并在RL上輸出負(fù)半周波形。只要C容量足夠大，放電時(shí)間常數(shù)RLC遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的最長(zhǎng)周期，則C兩端的電壓可認(rèn)為近似不變，近似為 。因此VT1管和VT2管的直流供電電壓均為 。輸出信號(hào)的最大幅度Vom可近 ,所以負(fù)載可獲得的最大功率為 （5.2.3） OTL電路的理想效率與OCL電路一樣為78.5%。 名 師 課 堂5.2.3 實(shí)用OTL功放電路 圖5.2.7所示電路是實(shí)用的OTL功率放大電路

8、，它主要由激勵(lì)放大級(jí)和功率放大級(jí)組成。 (1)激勵(lì)放大級(jí) 主要是由VTl、RP1、R1、R2、R3、C2等元件組成的工作點(diǎn)穩(wěn)定的分壓式偏置放大器， 工作在甲類(lèi)狀態(tài)。輸入信號(hào)放大后由 集電極輸出，加到VT2、VT3的基極。 中點(diǎn)電位 。RP1為上偏置電阻， 且接在輸入與輸出端之間，引入了電壓并聯(lián)負(fù)反饋，起到穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)和提高輸出信號(hào)電壓的穩(wěn)定度的作用。 圖5.2.7 OTL功放電路 名 師 課 堂 R3是VTl管的集電極電阻，可將放大的電流轉(zhuǎn)換為電壓，一方面加在VT2、VT3的基極，另一方面通過(guò)C4加在VT2、VT3的發(fā)射極，為功率放大輸出級(jí)提供足夠的推動(dòng)信號(hào)。 (2)功率放大輸出級(jí) 互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)

9、管VT2、VT3組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路，RP2和二極管V4為VT2、VT3提供適當(dāng)?shù)陌l(fā)射結(jié)電壓，使兩管在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，以消除交越失真。調(diào)節(jié)RP2可調(diào)整輸出管靜態(tài)工作點(diǎn)。設(shè)輸入信號(hào)為負(fù)半周，經(jīng)VT1放大并反向后，加到VT2和VT3基極的是正半周信號(hào)，功放管VT2導(dǎo)通，VT1截止。負(fù)載RL上獲得正半周信號(hào)。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，RL獲得負(fù)半周信號(hào)。如此兩管輪流工作，在負(fù)載RL輸出完整的信號(hào)波形。 名 師 課 堂5.2.4 復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路 如圖5.2.9所示電路為實(shí)用的復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)OTL功放電路。圖中VT2、VT4組成NPN型復(fù)合管，VT3、V T5組成PNP型 復(fù)合管。VT1為前置

10、電壓甲類(lèi)放大電路，負(fù) 載電阻為R3。R4、V6為偏置電路，其上的 壓降使復(fù)合管工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)，以消除交 越失真。RP為VT1的偏置電阻，同時(shí)起交、 直流負(fù)反饋的作用，調(diào)整它使中點(diǎn)電壓 VA1/2VCC。 R9、R10為輸出限流電阻。C2、 R6組成自舉電路，以使VT2、VT4盡最大限度 導(dǎo)通，提高負(fù)半周的輸出幅度。 圖5.2.9 復(fù)合管OTL電路 由圖可見(jiàn)采用復(fù)合 管后，大功率管VT4、VT5為同一導(dǎo)電類(lèi)型，配對(duì)比較容易。 名 師 課 堂5.3 集成功率放大器 隨著微電子技術(shù)的發(fā)展，集成功率放大器因具有體積小、工作穩(wěn)定、容易安裝、調(diào)整方便等特點(diǎn)，目前已被廣泛用于收錄音機(jī)，電子琴，家電產(chǎn)品以及

11、通信終端設(shè)備。集成功率放大電路的型號(hào)很多，本節(jié)以8FY386為例介紹它的電路組成及典型應(yīng)用。 名 師 課 堂5.3.1 電路組成 LM386 （8FY386）集成功放的組成框圖如圖5.3.1所示，LM386 （8FY386）集成芯片的原理電路如圖5.3.1所示，它主要由三部分組成。 圖5.3.1 LM386（8FY386）集成功放框圖 名 師 課 堂 1.輸入級(jí)：它由T1、T2和T3、T4組成的差分電路構(gòu)成。為了提高電壓放大倍數(shù)及對(duì)稱(chēng)性，由T5、T6構(gòu)成鏡像恒流源作差分管的有源負(fù)載。為防止電路自激，從發(fā)射極電阻R2和R3之間引出接線端（7）以便外接去耦電容。 2.中間級(jí)：又稱(chēng)驅(qū)動(dòng)級(jí)，它由帶恒流

12、源負(fù)載的T7組成共射放大電路。具有較高的增益，將差放管T3的輸出信號(hào)放大，推動(dòng)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)輸出級(jí)。 3.輸出級(jí)：它由T8、T9復(fù)合管與T10組成準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，D1、D2為輸出級(jí)提供固定偏置電壓，以消除交越失真。 名 師 課 堂 引腳2為反相輸入端，引腳3為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（引腳5）應(yīng)外接輸出電容后再接負(fù)載。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極，形成反饋通路，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，從而引入了深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋，使整個(gè)電路具有穩(wěn)定的電壓增益。 LM386的引腳圖LM386的外形和引腳的排列如右圖所示。引腳2為反相輸入端，3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和

13、4分別為電源和地；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時(shí)在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10F。 名 師 課 堂 5.4 功率放大器實(shí)際應(yīng)用舉例 在5.3節(jié)集成功率放大電路中，我們已介紹了集成功放的組成。下面通過(guò)兩個(gè)實(shí)際的例子來(lái)介紹功率放大器的應(yīng)用。5.4.1 簡(jiǎn)易家用有線對(duì)講機(jī) 圖5.4.1 簡(jiǎn)易家用對(duì)講機(jī)電路 圖5.4.2 LM390引腳排列和引腳功能 IC是lW的音頻功率放大集成電路LM390，共有14個(gè)引腳，是雙列直插式結(jié)構(gòu)，其引腳排列和引腳功能如圖5.4.2所示。 名 師 課 堂 電路中有兩只揚(yáng)聲器：一個(gè)揚(yáng)聲器BL1及選擇開(kāi)關(guān)S1放在主控制室內(nèi)；另一個(gè)揚(yáng)聲器BL2及開(kāi)關(guān)S2放在需要通話

14、的房間內(nèi)。平時(shí)，開(kāi)關(guān)S1、S2均置于 “聽(tīng)”的位置。當(dāng)開(kāi)關(guān)S1置于 “講”的位置時(shí)，主揚(yáng)聲器BL1就作送話器，將話音信號(hào)送到放大器IC的腳輸入端，經(jīng)放大后從腳輸出，送到對(duì)方揚(yáng)聲器BL2發(fā)出聲音。當(dāng)開(kāi)關(guān)S2撥到 “講”的位置時(shí)，S1撥到“聽(tīng)”的位置時(shí)，情況與上述相反，揚(yáng)聲器BL2就作為送話器，話音信號(hào)從放大器IC的腳輸入，經(jīng)放大后從腳輸出，主揚(yáng)聲器BLl就能接收BL2送來(lái)的話音信號(hào)。在本電路中電壓增益可達(dá)300dB，如有紋波信號(hào)干擾，可在腳與地之間接一只10uF或更大的電容即可消除。R3、C5可以增強(qiáng)電路的穩(wěn)定性。 名 師 課 堂5.4.2 高保真音頻功率放大器 電路如圖5.4.4所示，全電路采

15、用了二個(gè)IC，IC1（TL072）為雙運(yùn)算放大集成塊，IC2（PC1225H）為功率激勵(lì)專(zhuān)用集成塊，如圖5.4.5所示。功率輸出部分為分立元件雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路（VT1、VT2組成），VT3構(gòu)成功放電路偏置電路，調(diào)整R9可以調(diào)整輸出功放電路的工作點(diǎn)，使之工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)，以消除交越失真。 名 師 課 堂 IC1a接成同相輸入射隨電路，使整個(gè)放大器的輸入電阻Ri=1M，為高阻輸入。IC1b為同相輸入運(yùn)放電路， （倍），IC2為功率驅(qū)動(dòng)部 分。由R5、R6引入深度的電壓串聯(lián)負(fù)反饋。 （倍）。故功放電路的總電壓增益 （倍）。22K電位器RP用來(lái)調(diào)節(jié)音量大小。 放大器輸出部分為采用分立元件的雙電源

16、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路， VCC=35V，最大輸出功率按估算公式： ，要求負(fù)載上的輸出 交流電壓vO35V，則功率放大器的交流輸入電壓 ，功率放大器的交流輸入電壓（信號(hào)源）可以是調(diào)諧器，錄音座或VCD唱機(jī)，及微音器等。圖5.4.5 TL072及PC1225H引出端 名 師 課 堂本章小結(jié)1.功率放大電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供大的功率，要求它的效率高，并應(yīng)該考慮散熱問(wèn)題，以保證功率管安全可靠地工作。2.功放電路分成甲、乙、甲乙、丙四類(lèi)，甲類(lèi)的理想效率50%，乙類(lèi)的理想效率78.5%，丙類(lèi)的理想效率85%。但乙類(lèi)、丙類(lèi)都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真，采用互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路是解決乙類(lèi)失真的有效方法。 3.OCL電路采用雙電源供電，與負(fù)載之間采用直接耦合，最大