低頻功率放大電路市公開課一等獎(jiǎng)省賽課獲獎(jiǎng)?wù)n件

9.1概述9.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路原理9.3無(wú)輸出變壓器(OTL)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路9.4無(wú)輸出電容(OCL)互補(bǔ)對(duì)稱功放電路9.5擴(kuò)展內(nèi)容第9章低頻功率放大電路低頻功率放大電路第1頁(yè)高保真耳機(jī)功率放大器電路低頻功率放大電路第2頁(yè)*電路說(shuō)明低頻功率放大電路第3頁(yè)多媒體耳機(jī)功放印制版圖低頻功率放大電路第4頁(yè)例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器作用：

用放大電路輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取9.1概述低頻功率放大電路第5頁(yè)一.各類功率放大器功效以及用途介紹

功放按用途分類專業(yè)功放：技術(shù)參數(shù)上往往會(huì)有一些獨(dú)特要求家用功放體育館場(chǎng)、影劇場(chǎng)、歌舞廳、會(huì)議廳或其它公共場(chǎng)所擴(kuò)聲、錄音監(jiān)聽等場(chǎng)所使用功放。Hi－Fi音樂(lè)觀賞，AV系統(tǒng)放音，以及卡拉OK娛樂(lè)功放。低頻功率放大電路第6頁(yè)

Hi－Fi是英語(yǔ)High－Fidelity縮寫，意指高度保真，即純音樂(lè)功放，是音樂(lè)發(fā)燒友最愛(ài)。Hi－Fi功放輸出功率大都在2×150瓦以下。Hi－Fi在設(shè)計(jì)上強(qiáng)調(diào)最低信號(hào)失真，忠實(shí)地表現(xiàn)出音樂(lè)場(chǎng)面、細(xì)節(jié)和演奏、錄制技巧等來(lái)滿足人們對(duì)音樂(lè)最正確觀賞要求。普通用于Hi－Fi功放都是膽機(jī)。Hi－Fi功放就擴(kuò)聲形式而言，只適合用于兩聲道立體聲重播。

AV功放是AudioVideo縮寫，即影音功放，它能同時(shí)連接5－6個(gè)音箱(左右主音箱、中置音箱、左右圍繞音箱、超重低音)并驅(qū)動(dòng)它們發(fā)出聲音。AV功放從誕生到現(xiàn)在，經(jīng)歷了杜比圍繞，杜比定向邏輯，AC－3，DTS(均是音頻解碼方式)發(fā)展進(jìn)程。AV功放與普通功放區(qū)分，在于AV功放有AV選擇杜比定向邏輯解碼器，AC－3，DTS解碼器和五聲道功率放大器，以及畫龍點(diǎn)睛數(shù)字聲場(chǎng)DSP電路。鑒于觀賞碟片中多聲道錄音效果需要，AV功放每聲道功率輸出也會(huì)不一樣，普通來(lái)說(shuō)主聲道功率最大，中置次之，圍繞最小，這方面代表是帶有杜比定向邏輯圍繞聲放功放。為了增加使用樂(lè)趣，大多數(shù)AV功放都附有DSP，為各種節(jié)目播放提供不一樣聲場(chǎng)效果。

*Hi－Fi&AV低頻功率放大電路第7頁(yè)按器材分類電子管放大器(俗稱“膽機(jī)”)

晶體放大器(俗稱“石機(jī)”)

集成電路放大器主要優(yōu)點(diǎn):動(dòng)態(tài)范圍大、線性好、音色甜美悅耳。主要缺點(diǎn)：內(nèi)阻大造成放大器阻尼系數(shù)小，影響瞬態(tài)特征；需高壓供電，離不開變壓器，變壓器不但功耗大、體積大。

阻尼系數(shù)可做得很高，有良好瞬態(tài)特征，在聲音節(jié)奏感、力度上要比膽機(jī)明快、爽朗、有力；而且無(wú)需變壓器，不但節(jié)約成本，縮小體積，而且防止了由變壓器所引發(fā)失真。

最突出優(yōu)點(diǎn)是可靠性高、外圍電路簡(jiǎn)單、組裝方便，不足之處是電聲指標(biāo)(功率、頻響、失真度、信噪比等)和音質(zhì)皆不如前兩類放大器。

低頻功率放大電路第8頁(yè)(1)功放電路中電流、電壓要求都比較大，必須注意電路參數(shù)不能超出晶體管極限值:ICM、UCEM

、PCM。需要處理功放管散熱問(wèn)題。ICMPCMUCEMIcuce二.分析功放電路應(yīng)注意幾個(gè)問(wèn)題低頻功率放大電路第9頁(yè)(2)電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意預(yù)防波形失真。且不能用微變等效電路來(lái)分析。(3)電源提供能量盡可能轉(zhuǎn)換給負(fù)載，降低晶體管及線路上損失。即注意提升電路效率（）。Pomax

:負(fù)載上得到交流信號(hào)功率。PE：直流電源供給平均功率(直流功率)。真實(shí)和高效一直是功率放大器領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步源動(dòng)力低頻功率放大電路第10頁(yè)*關(guān)于功率依據(jù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)，功率有兩種標(biāo)注方法：額定功率(RMS：正弦波均方根)與瞬間峰值功率(PMPO功率)。

額定功率---是指在額定范圍內(nèi)驅(qū)動(dòng)一個(gè)8Ω揚(yáng)聲器要求了波形連續(xù)模擬信號(hào)后，在有一定間隔并重復(fù)一定次數(shù)后，揚(yáng)聲器不發(fā)生任何損壞最大電功率.實(shí)際功率、標(biāo)稱（輸出）功率、有效功率普通就是指額定功率；

瞬間峰值功率---是指揚(yáng)聲器短時(shí)間所能承受最大功率。額定功率普通是瞬間峰值功率1/8。額定功率、瞬間峰值功率、貯備功率、標(biāo)稱（輸出）功率、實(shí)際功率、有效功率、均方根功率、平均功率(有功功率，真值功率)、粉噪功率……。平均功率：兩種算法：低頻功率放大電路第11頁(yè)

均方根功率---為了使AC信號(hào)能夠使用與DC信號(hào)一樣計(jì)算公式，比如電阻、功率等計(jì)算，對(duì)信號(hào)均方根值進(jìn)行了專門定義。AC信號(hào)均方根值與相同幅度DC信號(hào)產(chǎn)生效果相同。比如：采取230VrmsAC電壓供電白熾燈泡取得電能與采取230VDC電壓對(duì)其供電取得電能是相同。

貯備功率---關(guān)于貯備功率有一個(gè)經(jīng)典“理論”，用通俗話來(lái)講就是：在20平米房間，有1/20W聲功率，響度就夠了，因?yàn)橐魳?lè)信號(hào)波形很復(fù)雜，信號(hào)中不時(shí)會(huì)出現(xiàn)一些暫短但幅度很高脈沖信號(hào)，該信號(hào)如被功放削波，就會(huì)出現(xiàn)嚴(yán)重削波失真，為了預(yù)防削波失真，必須將功放最大不失真功率加大到放音功率5到10倍。即便如此，仍會(huì)有少許脈沖信號(hào)被削波，所以，專業(yè)功放應(yīng)有10倍以上貯備功率。*低頻功率放大電路第12頁(yè)揚(yáng)聲器標(biāo)稱功率（粉噪功率）---它是指在揚(yáng)聲器額定頻率范圍內(nèi)，饋給以要求模擬節(jié)目信號(hào)，連續(xù)工作100小時(shí)而不產(chǎn)生熱和機(jī)械損壞功率。功率放大器標(biāo)稱輸出功率---普通是指一定失真限制條件上正弦輸出功率(輸入端加是正弦波)。顯然，將揚(yáng)聲器功率與功放功率數(shù)字去做比較沒(méi)有任何意義。而從上文大家也能夠了解到，當(dāng)前我們談?wù)擃愃乒β适欠癯浞?、功率貯備是否足夠話題，基本只能建立在主觀聽音感受上，去看音箱上標(biāo)注實(shí)在沒(méi)有什么意義，因?yàn)榇蠹覙?biāo)注方法并不規(guī)范，標(biāo)準(zhǔn)不一樣，自然也就沒(méi)有什么可比性了。*低頻功率放大電路第13頁(yè)功率放大電路類型功率放大電路按其靜態(tài)工作點(diǎn)在負(fù)載線上所處位置不一樣，可分為甲(A)類、甲乙(AB)類、乙(B)類、丙(C)類、丁(D)類等類型。低頻功率放大電路第14頁(yè)甲類乙類甲乙類丙類有靜態(tài)功耗，50％靜態(tài)功耗為0，78.5％靜態(tài)功耗和效率介于甲類和乙類之間效率較高，主要用于高頻電路各類功放靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置示意圖低頻功率放大電路第15頁(yè)甲類360°導(dǎo)電甲乙類180°～360°導(dǎo)電乙類180°導(dǎo)電丙類<180°導(dǎo)電各類功放導(dǎo)通角示意圖低頻功率放大電路第16頁(yè)答：不適當(dāng)，因?yàn)樾侍?。uotuo射極輸出器輸出電阻低，帶負(fù)載能力強(qiáng)，能夠用做功率放大器嗎？

ibuceQIcUSC/REUSCRbuoUSCuiRE問(wèn)題討論:甲類低頻功率放大電路第17頁(yè)普通射隨靜態(tài)工作點(diǎn)（Q）設(shè)置較高（靠近負(fù)載線中部），信號(hào)波形正負(fù)半周均不失真。電路中存在靜態(tài)電流（ICQ），在晶體管和射極電阻中造成較大靜態(tài)損耗，致使效率降低。設(shè)Q點(diǎn)恰好在負(fù)載線中點(diǎn)，若忽略晶體管飽和壓降，則在理想情況下有：射極輸出器效率低原因：ibuceIcUSC/REUSCICQQUCEQuotuoUom=UCEQ=0.5USC

Iom=ICQ=0.5USC/RE低頻功率放大電路第18頁(yè)ESCCQSCERUIUP2/2==OPESCESCRURU8)22/(22==UCEQ2ICQ2=uceIcUSC/REUSCICQRbuoUSCuiREQUCEQ注意:書本上分析=50%不確切注意:PE=Usc×

Ic(平均值)=Usc×

ICQ低頻功率放大電路第19頁(yè)方法：降低Q點(diǎn)但又會(huì)引發(fā)截止失真既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引發(fā)截止失真方法：采取推挽輸出電路，或稱互補(bǔ)對(duì)稱射極輸出器怎樣處理效率低問(wèn)題？*圖騰輸出普通是在數(shù)字電路里說(shuō)，在放大電路、功率電路不太這么說(shuō)，即使看起來(lái)和推挽輸出電路都差不多。

低頻功率放大電路第20頁(yè)前面講乙類功放導(dǎo)通角示意圖（如上），是針對(duì)NPN管而言，它處理了正弦波正半周不失真放大問(wèn)題。假如再能處理負(fù)半周問(wèn)題，就處理了整個(gè)周期內(nèi)正弦波不失真放大問(wèn)題。那么只能借助PNP管了。因?yàn)镻NP管和NPN管恰好相反，PNP管是在正弦波負(fù)半周內(nèi)導(dǎo)通。思緒低頻功率放大電路第21頁(yè)vCE00iC1iB=常數(shù)QICmVCemAB2ICm2VCemiC2VCESVCES乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路工作情況NPN型PNP型NPN導(dǎo)通PNP導(dǎo)通低頻功率放大電路第22頁(yè)乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路：電路中采取兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特征一致對(duì)稱電源：+USC，-USC組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器ui-USCT1T2uo+USCRLiLNPN型PNP型9.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路低頻功率放大電路第23頁(yè)ic1ic2靜態(tài)時(shí)：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作。一、工作原理（設(shè)ui為正弦波,管子死區(qū)電壓不計(jì)）低頻功率放大電路第24頁(yè)uiuououo′交越失真死區(qū)電壓ui-USCT1T2uo+USCRLiLuo

′uo輸入輸入波形圖低頻功率放大電路第25頁(yè)(2)、伏安特征UI導(dǎo)通壓降:硅管0.6~0.7V,鍺管0.2~0.3V。反向擊穿電壓UB死區(qū)電壓硅管0.5V,鍺管0.2V。UIE+-反向漏電流（很小，A級(jí)）*回顧低頻功率放大電路第26頁(yè)ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)靜態(tài)電流ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間為半個(gè)周期；(3)存在交越失真。特點(diǎn)：UO交越失真低頻功率放大電路第27頁(yè)假設(shè)ui為正弦波且幅度足夠大，T1、T2導(dǎo)通時(shí)均能飽和，此時(shí)輸出到達(dá)最大值。ULmax負(fù)載上得到最大功率為(有效值)：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶體管飽和壓降，則負(fù)載（RL)上電壓和電流分別為：二參數(shù)計(jì)算乙類見(jiàn)下頁(yè)0V低頻功率放大電路第28頁(yè)00iC1iB=常數(shù)QICmVCemAB2ICm2VCemiC2VCESVCES*回顧VCC低頻功率放大電路第29頁(yè)每個(gè)電源，其中電流為半個(gè)正弦波，其平均值為:兩個(gè)電源提供總平均功率為：USC1=USC2=USCtic12電源提供直流平均功率計(jì)算

(注意:電壓源電壓一定,流過(guò)其電流由外電路決定!)高效率低頻功率放大電路第30頁(yè)OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱功放類型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）可見(jiàn)，上面講乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，基本處理了功率放大器領(lǐng)域技術(shù)進(jìn)步源動(dòng)力問(wèn)題---真實(shí)和高效低頻功率放大電路第31頁(yè)一、特點(diǎn)1.單電源供電；2.輸出加有大電容。二、靜態(tài)分析則因?yàn)門1、T2特征對(duì)稱，令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC9.3無(wú)輸出變壓器互補(bǔ)對(duì)稱功放電路OTL電路負(fù)載中沒(méi)有電流。低頻功率放大電路第32頁(yè)三、動(dòng)態(tài)分析若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。但存在交越失真。ic1ic2交越失真（UC相當(dāng)于電源，放電）RLuiT1T2+USCCAUL+-時(shí)，T1導(dǎo)通、T2截止；時(shí)，T1截止、T2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5USC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)起-Usc作用低頻功率放大電路第33頁(yè)四、輸出功率及效率若忽略交越失真影響，且ui幅度足夠大（使管子足以導(dǎo)通）。則：LSCLSCLRUIUU22maxmax==，uLULmaxuitt靜態(tài)時(shí),雖有Ui=USC/2,不過(guò)IB很小,故電源提供功率仍能夠忽略.這里為何積分范圍僅為0—π？π---2π為電容提供能量低頻功率放大電路第34頁(yè)D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2調(diào)整R,使靜態(tài)時(shí)UA=0.5USCD1、D2使b1和b2之間電位差大于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真Re1、Re2：電阻值1~2，射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用b1b2實(shí)用OTL互補(bǔ)輸出功放電路

T3：電壓推進(jìn)級(jí)低頻功率放大電路第35頁(yè)由圖還能夠看出，此時(shí)每管導(dǎo)通時(shí)間略大于半個(gè)周期，而小于一個(gè)周期，故這種實(shí)用電路稱為OTL甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。低頻功率放大電路第36頁(yè)去掉電容,增加對(duì)稱負(fù)電源-USC，使靜態(tài)時(shí)A點(diǎn)電位為0，負(fù)載中仍沒(méi)有電流(就是前面講原理時(shí)電路)。9.3無(wú)輸出電容互補(bǔ)對(duì)稱功放電路OCL電路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL電路OCL電路低頻功率放大電路第37頁(yè)輸出功率Po當(dāng)Vom=Vcc時(shí)（忽略飽和壓降）：電源供給功率PV當(dāng)Vom=Vcc時(shí)（忽略飽和壓降）：(雙電源)參數(shù)小結(jié)低頻功率放大電路第38頁(yè)管耗PT利用求導(dǎo)方法可找出管耗最大值，即:轉(zhuǎn)換效率η當(dāng)Vom=VCC

時(shí)：低頻功率放大電路第39頁(yè)只需將雙電源計(jì)算公式中VCC換成1/2VCC即為單電源雙電源公式單電源公式能夠推出單電源和雙電源功放電路參數(shù)計(jì)算公式差異效率不變低頻功率放大電路第40頁(yè)管耗PTPT=PE–PO

必須強(qiáng)調(diào)指出，實(shí)際上放大器僅放大了交流信號(hào)功率Pi（輸入）,得到Po（輸出），而這部分功率Po不是由三極管本身提供，而是由電路中直流電源提供，放大器件僅在輸入信號(hào)作用下將直流電源提供直流功率一部分轉(zhuǎn)換成為交流功率，所以，從這個(gè)意義上講,有些人認(rèn)為：靜態(tài)時(shí)最省電。這句話對(duì)嗎？而且它是一個(gè)可控能量轉(zhuǎn)換器，所轉(zhuǎn)換成交流功率是受輸入交流信號(hào)控制。低頻功率放大器乃是一個(gè)將直流電源提供能量轉(zhuǎn)換為交流輸出能量轉(zhuǎn)換器

低頻功率放大電路第41頁(yè)2比如，設(shè)β=50，則B極：提供1個(gè)空穴，則E極抵達(dá)C極電子就有50個(gè)；提供2個(gè)空穴，則E極抵達(dá)C極電子就有100個(gè)；……而這走掉50個(gè)或100個(gè)電子又由電源EC提供，形成源源不停Ic。故說(shuō)，Po不是由放大器件本身提供，而是由電路中直流電源提供。放大器件僅在輸入信號(hào)作用下將直流電源提供直流功率一部分轉(zhuǎn)化成了交流功率Po。BECNNPRBECIEICICIB＋＋＋－＋－－－＋＋＋－－－－+-UiRC＋*低頻功率放大電路第42頁(yè)tuo交越失真uit+USC-USCuiiLRLT1T2AOCL電路OCL電路也存在交越失真低頻功率放大電路第43頁(yè)R1D1D2R2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)；動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。正半周T2截止，T1基極電位深入提升，進(jìn)入良好導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2基極電位深入降低，進(jìn)入良好導(dǎo)通狀態(tài)。+USC-USCULuiiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路1.克服交越失真辦法：低頻功率放大電路第44頁(yè)uB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib特點(diǎn)：存在較小靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ波形關(guān)系：低頻功率放大電路第45頁(yè)為更換好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真，電路中D1、D2兩二極管，能夠用UBE電壓倍增電路替換。b1b2+-BER1R2UIBI合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到UBE任意倍數(shù)電壓。圖中B