功率放大電路-電子技術實踐基礎

互補對稱功率放大電路互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當它通過容量較大的電容與負載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。例：擴音系統(tǒng)實際負載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號被放大后，往往要去推動一個實際的負載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉等。推動一個實際負載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器功率放大電壓放大信號提取互補對稱功率放大電路一功率放大電路概述一功率放大電路概述

(一)

功率放大電路的特點

功率放大器的主要任務是向負載提供較大的信號功率，故功率放大器應具有以下幾個主要特點。1.

輸出功率要足夠大

如輸入信號是某一頻率的正弦信號，則輸出功率的表達式為

Po=IoUo

改用振幅值表示為Po=

IomUom

2.效率要高

功率放大器實質(zhì)上是一個能量轉換器，它是將電源供給的直流能量轉換成交流信號的能量輸送給負載，因此，要求轉換效率高。

式中，Po為信號輸出功率，PDC是直流電源向電路提供的功率。在直流電源提供相同直流功率的條件下，輸出信號功率愈大，電路的效率愈高。3.

非線性失真要小

功率放大器是在大信號狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動幅度很大，而且由于三極管是非線性器件，在大信號工作狀態(tài)下，器件本身的非線性問題十分突出，因此，輸出信號不可避免地會產(chǎn)生一定的非線性失真。在實際應用中，要采取措施減少失真，使之滿足負載要求。4.

圖解法進行估算

由于功放工作在大信號狀態(tài)，實際上已不屬于線性電路的范圍，故不能用小信號微變電路的分析方法，通常采用圖解法對其輸出功率、效率等指標作粗略估算。*變壓器耦合功率放大電路傳統(tǒng)的變壓器耦合式甲類功放電路電源提供的功率為PV＝ICQVCC

，全部消耗在管子上。則可作出交流負載線

RL等效到原邊的電阻為變壓器原邊線圈電阻可忽略不計，直流負載線垂直于橫軸且過(VCC

，0)。在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形QAB的面積在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變電路的最大效率為:Pom/PV=50℅*實用的變壓器功率放大電路希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號愈大，負載獲得的功率也愈大，電源提供的功率也隨之增大，從而提高效率。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路變壓器耦合乙類推挽功率放大電路同類型管子在電路中交替導通的方式稱為“推挽”工作方式。無輸入信號，二管截止有輸入信號，二管交替導通(二)功率放大電路工作狀態(tài)的分類在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據(jù)晶體管在信號整個周期內(nèi)導通情況分類甲類(=2)（一個周期內(nèi)均導通）tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙類(=)（導通角等于180°）tiCO

IcmICQ2甲乙類(

<<2)（導通角大于180°）丙類：導通角<

。(導通角小于180°)丁類：功放管工作在開關狀態(tài)，管子僅在飽和導通時消耗功率。集電極電流iC將嚴重失真。二甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ互補對稱：電路中采用兩個晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補對稱式射極輸出器。三雙電源互補對稱功率放大電路(OCL電路)

(一)電路組成和工作原理ic1ic2

ui=0V

ic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V2.動態(tài)分析ui

0VT1截止，T2導通ui

>0VT1導通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波。1.

靜態(tài)分析ic1ic2動態(tài)分析：vi

0VT1截止，T2導通vi>0VT1導通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2靜態(tài)分析：vi=0VT1、T2均不工作

vo=0V組合特性分析——圖解法負載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom(二)分析計算最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po一個管子的管耗

2.管耗PT兩管管耗3.電源供給的功率PE當4.效率最高效率max3．三極管的最大管耗

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導，并令導數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達式：選功率管的原則：1.PCM

PT1max=0.2PoM2．輸入輸出波形圖uiuououo

′交越失真死區(qū)電壓(三)

交越失真的消除tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補對稱功放的缺點甲乙類互補對稱功放

實際中晶體管輸入特性的門限電壓不為零，且電壓、電流關系也不是線性關系，在輸入電壓較低時，輸入基極電流很小，故輸出電流也很小，因此輸出電壓在輸入電壓較小時，存在一小段死區(qū)，此段輸出電壓與輸入電壓不存在線性關系，產(chǎn)生了失真。

克服交越失真的措施就是避開死區(qū)電壓區(qū)，使每一個晶體管處于微導通狀態(tài)。四

OTL電路（一）特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。（二）靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuO++-+-RLuiT1T2Auo+-+-（三）動態(tài)時

設輸入端在UCC/2

直流基礎上加入正弦信號。T1導通、T2截止；同時給電容充電T2導通、T1截止；電容放電，相當于電源

若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負半周（四）克服交越失真的OTL互補對稱放大電路

兩個晶體管T1(NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。

靜態(tài)時,調(diào)節(jié)R3,使A點的電位為；

輸出電容CL上的電壓也等于；

R1和D1、D2上的壓降使兩管獲得合適的偏壓，工作在甲乙類狀態(tài)。OTL互補對稱放大電路OtuiOtuoiC2iC1R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo++CL+在輸出功率較大時常采用復合管復合管的構成ic1=

1

ib1,ic2=2ib2

=2(1+1)ib1,ic

=ic1+ic2

=[1+2(1+1)]ib1

12ib1方式1ib2=ie1=(1+1)ib1,ib=ib1,CBET1NPNT2NPNibicieBECibicieNPN復合管的電流放大系數(shù)1

2復合管的類型與復合管中第一只管子的類型相同方式2EBCT1PNPT2NPNibicieBCEibiciePNPOTL互補對稱放大電路

3.R8和R9

的作用?

1.R4、D1、D2的作用？

2.

T1和T3

、T2和T4

構成什么工作方式？思考

4.R6和R7

的作用?ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL++_R2R5R7R9R8T5uo+_++OTL互補對稱放大電路

(3)R8和R9

的作用?

(1)R4、D1、D2的作用？

(2)T1和T3

、T2和T4

構成什么工作方式？

(4)R6和R7

的作用?避免產(chǎn)生交越失真構成復合管引入電流負反饋，使電路工作穩(wěn)定。分流T1、T2的ICEO，提高溫度穩(wěn)定性。ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL++_R2R5R7R9R8T5uo+_++用復合管組成互補對稱電路

功率放大電路的輸出電流一般很大。而一般功率管的電流由放大系數(shù)均不大，一般通過復合管來解決此問題。復合管互補對稱功放

準互補對稱功放

五集成功率放大器由前置級、中間級、輸出級及偏置電路等組成，但輸出功率大、效率高。常設有過電流、過電壓及過熱保護等措施。(一)、LM386集成功率放大器低電壓通用型集成功率放大器。工作電壓：4~12V；輸出功率：660mW；帶寬：300kHz（管腳1、8開路時）；輸入阻抗：50kΩ。調(diào)節(jié)RP，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20~200之間變化。頻率補償電路，改善功放的高頻特性、防止高頻自激。(二)、DG810集成功率放大器標準集成音頻功率放大器。輸出功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬；具有保護電路等。為輸入管提供基極偏置電流。交流反饋電路，不同的R2可得不同的閉環(huán)增益。頻補，改善高頻特性、防止高頻自激。自舉電路，提高功放的最大不失真輸出功率。電源去耦(三)、TDA2040集成功率放大器獨特短路保護，自動限制功耗；具過熱關機等保護；工作電壓：±2.5～±20V；開環(huán)增益：80dB；功率帶寬：100kHz；輸入電阻：50kΩ；負載4Ω時輸出功率22W，失真很小?？呻p電源供電構成OCL；也可單電源供電構成OTL。雙電源供電，最大輸出功率15W，失真??；R2、R3構成交流負反饋，使閉環(huán)增益為30dB；R4、C7高頻補償；C3~C6為電源濾波電容。單電源供電，經(jīng)R1、R2分壓給1、4腳提供VCC/2的直流偏壓；R4、