教學(xué)第7章-低頻功率放大器課件

第7章低頻功率放大器

通過本章學(xué)習(xí)，你可以掌握以下內(nèi)容：1．低頻功率放大電路的主要形式；2．實(shí)用的OTL、OCL和BTL功率放大電路；3．集成功率放大器的應(yīng)用。

第7章低頻功率放大器

通過本章學(xué)習(xí)，你可以掌握以下內(nèi)容：17.1概述

推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率較大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。圖7.1功率放大器的應(yīng)用7.1概述

推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率較大。能輸出較大功27．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（1）最大輸出功率功率放大器提供給負(fù)載信號(hào)功率的大小為功放的輸出功率。最大輸出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率。（3）非線形失真互調(diào)失真等等來描述（這些指標(biāo)的詳細(xì)含義請(qǐng)參照有交高保真音響的資料）。（4）安全功率放大器的輸出管工作在高電壓、大電流，工作溫度高，因此，在電路設(shè)計(jì)中必須充分考慮功率放大管的安全。7．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（2）效率（33

7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=360°，甲類放大器常用于電壓放大。乙類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=180°，功率放大器。甲乙類狀態(tài)，180°<θ<360°，功率放大器。丙類狀態(tài)，θ<180°，用于發(fā)射機(jī)中的諧振功率放大器。圖7.2四類功放的工作狀態(tài)示意圖7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=47．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點(diǎn)是效率低下。原因主要是甲類放大器在無信號(hào)時(shí)也必須供給很大的工作點(diǎn)電流。圖7.4甲類放大器的最佳工作點(diǎn)7．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點(diǎn)是效率低下。原57．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大器圖7.5無輸出變壓器（OTL）的功率放大器當(dāng)ui>0時(shí)，V1管導(dǎo)通，電流如圖中實(shí)線所示，VCC通過V1和RL對(duì)C進(jìn)行充電，uo≈ui；當(dāng)ui<0時(shí)，V2管導(dǎo)通，電流如圖中虛線所示，C通過V2和RL進(jìn)行放電，uo≈ui；電路輸出電壓跟隨輸入電壓。由于iRL=βiB，輸出電流iRL增大了，輸出功率就提高了。7．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大62.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）的功率放大器靜態(tài)時(shí)，ui=0，V1和V2均截止，輸出電壓為零。輸入為正弦波，當(dāng)ui>0時(shí)，V1管導(dǎo)通，V2管截止，正電源供電，電流如圖中實(shí)線所示uo≈ui；當(dāng)ui<0時(shí)，V2管導(dǎo)通，V1管截止，電流如圖中虛線所示，由uo≈ui。兩只管子交替工作方式稱為“互補(bǔ)”工作方式。2.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）73.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)ui>0時(shí)，V1和V4管導(dǎo)通放大，V2和V3管截止，負(fù)載上uo獲得正半周電壓；當(dāng)ui<0時(shí)，V2和V3管導(dǎo)通放大，V1和V4管截止，負(fù)載上uo獲得負(fù)半周電壓。3.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)87．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬變化的脈沖波的形式輸出，再由脈沖放大器放大輸出，然后通過低通濾波電路還原成音頻信號(hào)。效率可以做得很高。2.D類功率放大器由調(diào)制器、開關(guān)輸出電路、低通濾波器組成。圖7.8D類功率放大器的典型結(jié)構(gòu)7．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號(hào)97．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理圖7.10橋式開關(guān)輸出和低通濾波器7．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理10單管功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)；D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)小結(jié)單管功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；小117.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工作原理(a)基本互補(bǔ)對(duì)稱電路（b）三極管的輸入特性（c）交越失真現(xiàn)象圖7.9OCL中的交越失真缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生交越失真7.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工127.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實(shí)用的OCL功率放大器靜態(tài)時(shí)，由于增加了R2、D1、D2的存在，兩只管子均處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通態(tài)。調(diào)節(jié)R2可改變這兩個(gè)管子的靜態(tài)工作點(diǎn)。工作時(shí)，兩個(gè)管的導(dǎo)通時(shí)間都比輸入信號(hào)的半個(gè)周期長(zhǎng)，從而解決交越失真的問題，這種電路稱為工作在甲乙類狀態(tài)7.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實(shí)用的O137.2.2OCL電路的輸出功率與效率

最大輸出功率則供電電流平均功率轉(zhuǎn)換效率7.2.2OCL電路的輸出功率與效率

平均功率轉(zhuǎn)換效率147.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降V1管子要承受的最大管壓降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗損耗即功放管集電極最大功耗PCM為理想OCL最大輸出功率的五分之一。2．集電極最大電流7.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降3．最大功耗損耗157.2.4功率放大器的安全運(yùn)行

方法：功放管的C-E間加過壓保護(hù)，裝限流電阻，考慮散熱。圖7.11三極管管芯的散熱（a）管芯散熱模型（b）熱阻等效電路圖7.12兩種散熱器7.2.4功率放大器的安全運(yùn)行方法：功放管的C-E間加過16例7．1圖7.9所示電路的負(fù)載為8Ω，晶體管飽和管壓降|UCES|=2V，試問：

（1）若負(fù)載所需最大功率為16W，則電源電壓至少應(yīng)取多少伏？

（2）若電源電壓取20V，則晶體管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大功耗各為多少？

解：（1）根據(jù)（2）最大不失真輸出電壓的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶體管電極最大功耗晶體管集電極最大電流最大管壓降例7．1圖7.9所示電路的負(fù)載為8Ω，晶體管飽和管壓降|U17§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析1、LM386圖7.14LM386的外形和引腳排列圖圖7.15LM386典型應(yīng)用§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析182、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路IC1構(gòu)成同相放大器，IC2構(gòu)成反相放大器；ui由IN端經(jīng)C1隔直耦合后輸入到IC1，經(jīng)放大后從④腳輸出，IC2的輸入信號(hào)由IC1的輸出通過R7經(jīng)C5耦合輸入，IC2構(gòu)成放大倍數(shù)為1的反相放大器。2、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路192、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電路當(dāng)電源電壓為±14V、負(fù)載為8Ω時(shí)，單個(gè)TDA2030構(gòu)成典型的OCL電路輸出功率為11W。2、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電207.3.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)表7.1TDA2030A極限參數(shù)參數(shù)電源電壓Vcc輸出峰值電流max允許功耗PD極限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要參數(shù)（溫度為25°C）參數(shù)名稱符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位靜態(tài)電流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA電源電壓VCC±10±22V電壓增益GVO開環(huán)80dBGVC閉環(huán)25.5210210.5dB輸出功率POf=40Hz.15kHz1518W諧波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)表7.1TDA21小結(jié)1.功率放大器用于推動(dòng)一個(gè)需要較大功率的負(fù)載。衡量功率放大器的性能主要從最大輸出功率、效率、非線形失真、安全、頻率響應(yīng)、信噪比等方面來衡量。2.單管甲類功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。OTL采用單電源供電，但有輸出電容；OCL采用雙電源供電，無輸出電容；BTL可以采用單電源也可以采用雙電源供電，同樣的供電電壓下，可以有更大的輸出幅值。而D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器選用時(shí)主要考慮輸出功率、供電電壓等指標(biāo)就可選擇合適的集成功率放大器。小結(jié)1.功率放大器用于推動(dòng)一個(gè)需要較22實(shí)驗(yàn)八集成功率放大器的安裝與測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握集成功率放大器外圍電路元件參數(shù)的選擇和集成功率放大器的使用方法。2、掌握功率放大電路的調(diào)整和指標(biāo)測(cè)試。3、認(rèn)識(shí)OTL功率放大電路的工作特點(diǎn)。三、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路參照?qǐng)D7.15，工作原理參照相關(guān)分析。二、實(shí)驗(yàn)儀器雙蹤示波器、函數(shù)發(fā)生器、晶體管毫伏表、數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、LM386功率放大器實(shí)驗(yàn)八集成功率放大器的安裝與測(cè)試一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康娜?、?shí)驗(yàn)原231、按圖7.15安裝實(shí)驗(yàn)電路，負(fù)載RL=8Ω。檢查無誤后，才可以接入直流穩(wěn)壓電源EC=+6V，進(jìn)行測(cè)試。3．測(cè)量最大不失真功率Pom在放大器的輸入端接入頻率為400Hz的正弦信號(hào)，ui置最?。辉诜糯笃鞯妮敵龆私由鲜静ㄆ骱途w管毫伏表，逐漸加大ui，使示波器顯示出最大不失真波形，用示波器測(cè)出輸出電壓幅值Uom，然后計(jì)算最大不失真功率：2、用萬用表測(cè)量LM386各引腳對(duì)地的直流電壓。檢查輸出端電壓是否符合正常要求，將測(cè)量結(jié)果填入表1中。四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、按圖7.15安裝實(shí)驗(yàn)電路，負(fù)載RL=8Ω。檢查無誤后，才244．測(cè)量功率放大器的效率η用萬用表的直流電流檔測(cè)量直流穩(wěn)壓電源的輸出電流I。穩(wěn)壓電源的輸出功率：PE=IVS功率放大器的效率：5．測(cè)量電壓增益在輸入端輸入頻率為1000Hz、Ui=5mV的正弦信號(hào)。在不失真的情況下，用毫伏表測(cè)量輸出電壓uo。電壓增益Au=uo/ui。

6、測(cè)量功率增益四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容4．測(cè)量功率放大器的效率η5．測(cè)量電壓增益6、測(cè)量功率增益251、畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，標(biāo)明元件值，說明各元件的作用。2、記錄測(cè)試數(shù)據(jù)并說明是否正常。3、說明電壓增益、功率增益有什么不同。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1、畫出實(shí)驗(yàn)電路圖，標(biāo)明元件值，說明各元件的作用。五、實(shí)驗(yàn)報(bào)26設(shè)計(jì)一套便攜式擴(kuò)音系統(tǒng)，要求采用電池供電、重量輕、盡可能高效率、輸出功率盡可能大。六、想想做做設(shè)計(jì)一套便攜式擴(kuò)音系統(tǒng)，要求采用電池供電、重量輕、盡可能高效27第7章低頻功率放大器

通過本章學(xué)習(xí)，你可以掌握以下內(nèi)容：1．低頻功率放大電路的主要形式；2．實(shí)用的OTL、OCL和BTL功率放大電路；3．集成功率放大器的應(yīng)用。

第7章低頻功率放大器

通過本章學(xué)習(xí)，你可以掌握以下內(nèi)容：287.1概述

推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率較大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。圖7.1功率放大器的應(yīng)用7.1概述

推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率較大。能輸出較大功297．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（1）最大輸出功率功率放大器提供給負(fù)載信號(hào)功率的大小為功放的輸出功率。最大輸出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率。（3）非線形失真互調(diào)失真等等來描述（這些指標(biāo)的詳細(xì)含義請(qǐng)參照有交高保真音響的資料）。（4）安全功率放大器的輸出管工作在高電壓、大電流，工作溫度高，因此，在電路設(shè)計(jì)中必須充分考慮功率放大管的安全。7．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（2）效率（330

7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=360°，甲類放大器常用于電壓放大。乙類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=180°，功率放大器。甲乙類狀態(tài)，180°<θ<360°，功率放大器。丙類狀態(tài)，θ<180°，用于發(fā)射機(jī)中的諧振功率放大器。圖7.2四類功放的工作狀態(tài)示意圖7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導(dǎo)通角θ=317．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點(diǎn)是效率低下。原因主要是甲類放大器在無信號(hào)時(shí)也必須供給很大的工作點(diǎn)電流。圖7.4甲類放大器的最佳工作點(diǎn)7．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點(diǎn)是效率低下。原327．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大器圖7.5無輸出變壓器（OTL）的功率放大器當(dāng)ui>0時(shí)，V1管導(dǎo)通，電流如圖中實(shí)線所示，VCC通過V1和RL對(duì)C進(jìn)行充電，uo≈ui；當(dāng)ui<0時(shí)，V2管導(dǎo)通，電流如圖中虛線所示，C通過V2和RL進(jìn)行放電，uo≈ui；電路輸出電壓跟隨輸入電壓。由于iRL=βiB，輸出電流iRL增大了，輸出功率就提高了。7．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大332.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）的功率放大器靜態(tài)時(shí)，ui=0，V1和V2均截止，輸出電壓為零。輸入為正弦波，當(dāng)ui>0時(shí)，V1管導(dǎo)通，V2管截止，正電源供電，電流如圖中實(shí)線所示uo≈ui；當(dāng)ui<0時(shí)，V2管導(dǎo)通，V1管截止，電流如圖中虛線所示，由uo≈ui。兩只管子交替工作方式稱為“互補(bǔ)”工作方式。2.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）343.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)ui>0時(shí)，V1和V4管導(dǎo)通放大，V2和V3管截止，負(fù)載上uo獲得正半周電壓；當(dāng)ui<0時(shí)，V2和V3管導(dǎo)通放大，V1和V4管截止，負(fù)載上uo獲得負(fù)半周電壓。3.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當(dāng)357．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換成脈寬變化的脈沖波的形式輸出，再由脈沖放大器放大輸出，然后通過低通濾波電路還原成音頻信號(hào)。效率可以做得很高。2.D類功率放大器由調(diào)制器、開關(guān)輸出電路、低通濾波器組成。圖7.8D類功率放大器的典型結(jié)構(gòu)7．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號(hào)367．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理圖7.10橋式開關(guān)輸出和低通濾波器7．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理37單管功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)；D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)小結(jié)單管功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；小387.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工作原理(a)基本互補(bǔ)對(duì)稱電路（b）三極管的輸入特性（c）交越失真現(xiàn)象圖7.9OCL中的交越失真缺點(diǎn)：會(huì)產(chǎn)生交越失真7.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工397.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實(shí)用的OCL功率放大器靜態(tài)時(shí)，由于增加了R2、D1、D2的存在，兩只管子均處于臨界導(dǎo)通或微導(dǎo)通態(tài)。調(diào)節(jié)R2可改變這兩個(gè)管子的靜態(tài)工作點(diǎn)。工作時(shí)，兩個(gè)管的導(dǎo)通時(shí)間都比輸入信號(hào)的半個(gè)周期長(zhǎng)，從而解決交越失真的問題，這種電路稱為工作在甲乙類狀態(tài)7.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實(shí)用的O407.2.2OCL電路的輸出功率與效率

最大輸出功率則供電電流平均功率轉(zhuǎn)換效率7.2.2OCL電路的輸出功率與效率

平均功率轉(zhuǎn)換效率417.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降V1管子要承受的最大管壓降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗損耗即功放管集電極最大功耗PCM為理想OCL最大輸出功率的五分之一。2．集電極最大電流7.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降3．最大功耗損耗427.2.4功率放大器的安全運(yùn)行

方法：功放管的C-E間加過壓保護(hù)，裝限流電阻，考慮散熱。圖7.11三極管管芯的散熱（a）管芯散熱模型（b）熱阻等效電路圖7.12兩種散熱器7.2.4功率放大器的安全運(yùn)行方法：功放管的C-E間加過43例7．1圖7.9所示電路的負(fù)載為8Ω，晶體管飽和管壓降|UCES|=2V，試問：

（1）若負(fù)載所需最大功率為16W，則電源電壓至少應(yīng)取多少伏？

（2）若電源電壓取20V，則晶體管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大功耗各為多少？

解：（1）根據(jù)（2）最大不失真輸出電壓的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶體管電極最大功耗晶體管集電極最大電流最大管壓降例7．1圖7.9所示電路的負(fù)載為8Ω，晶體管飽和管壓降|U44§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析1、LM386圖7.14LM386的外形和引腳排列圖圖7.15LM386典型應(yīng)用§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析452、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路IC1構(gòu)成同相放大器，IC2構(gòu)成反相放大器；ui由IN端經(jīng)C1隔直耦合后輸入到IC1，經(jīng)放大后從④腳輸出，IC2的輸入信號(hào)由IC1的輸出通過R7經(jīng)C5耦合輸入，IC2構(gòu)成放大倍數(shù)為1的反相放大器。2、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路462、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電路當(dāng)電源電壓為±14V、負(fù)載為8Ω時(shí)，單個(gè)TDA2030構(gòu)成典型的OCL電路輸出功率為11W。2、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電477.3.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)表7.1TDA2030A極限參數(shù)參數(shù)電源電壓Vcc輸出峰值電流max允許功耗PD極限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要參數(shù)（溫度為25°C）參數(shù)名稱符號(hào)測(cè)試條件最小值典型值最大值單位靜態(tài)電流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA電源電壓VCC±10±22V電壓增益GVO開環(huán)80dBGVC閉環(huán)25.5210210.5dB輸出功率POf=40Hz.15kHz1518W諧波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)表7.1TDA48小結(jié)1.功率放大器用于推動(dòng)一個(gè)需要較大功率的負(fù)載。衡量功率放大器的性能主要從最大輸出功率、效率、非線形失真、安全、頻率響應(yīng)、信噪比等方面來衡量。2.單管甲類功率放大器只能應(yīng)用于小功率輸出的場(chǎng)合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)，它們各有優(yōu)缺點(diǎn)。OTL采用單電源供電，但有輸出電容；OCL采用雙電源供電，無輸出電容；BTL可以采用單電源也可以采用雙電源供電，同樣的供電電壓下，可以有更大的輸出幅值。而D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器選用時(shí)主要考慮輸出功率、供電電壓等指標(biāo)就可選擇合適的集成功率放大器