低功率放大器

第5章低功率放大器5.1功率放大電路的特點(diǎn)和分類(lèi)5.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路5.3集成功率放大器5.4實(shí)訓(xùn)本章要求：1.理解低頻功率放大電路的特點(diǎn)、要求和分類(lèi)2.掌握互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的工作原理3.熟悉OCL、OTL電路功率及效率的估算4.了解集成功放的應(yīng)用第5章低功率放大器一個(gè)實(shí)用的放大電路通常含有三部分：輸入級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)，其任務(wù)各不相同。一般的說(shuō)，輸入級(jí)與信號(hào)源相連，因此要求輸入級(jí)的輸入電阻大，噪聲低，共模抑制能力強(qiáng)，阻抗匹配等；中間級(jí)主要完成電壓放大任務(wù)，以輸出足夠大的電壓；輸出級(jí)主要向負(fù)載提供足夠大的功率，以便驅(qū)動(dòng)功率型負(fù)載，如音響放大器中的揚(yáng)聲器、電視機(jī)顯像管和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器。5.1功率放大電路的特點(diǎn)和分類(lèi)1.電路特點(diǎn)功率放大電路作為放大電路的輸出級(jí)，具有以下幾個(gè)特點(diǎn)：由于功率放大電路的主要任務(wù)是向負(fù)載提供一定的功率，因而輸出電壓和電流的幅度足夠大；(2)由于輸出信號(hào)幅度較大，使三極管工作在飽和區(qū)與截止區(qū)的邊沿，因此輸出信號(hào)存在一定程度的失真；(3)功率放大電路在輸出功率的同時(shí)，三極管消耗的能量亦較大，因此，不可忽視管耗問(wèn)題。2.電路要求首先要求輸出功率大、非線性失真要小、效率高。其次，由于三極管工作在大信號(hào)狀態(tài)，要求它的極限參數(shù)、、等應(yīng)滿足電路正常工作并留有一定余量，同時(shí)還要考慮三極管有良好的散熱功能，以降低結(jié)溫，確保三極管安全工作。3.功率放大電路的分類(lèi)根據(jù)電路中功率三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同，如圖5-1所示，功率放大電路可分成甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)等。圖5-1(1)甲類(lèi)放大電路的工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)的中間，這種電路的優(yōu)點(diǎn)是在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號(hào)失真較?。ㄇ懊嬗懻摰碾妷悍糯笃鞫脊ぷ髟谶@種狀態(tài)），缺點(diǎn)是放大電路不論有無(wú)信號(hào)，始終有較大的靜態(tài)工作電流

，這時(shí)管耗

大，電路能量轉(zhuǎn)換效率低。(2)乙類(lèi)放大電路的工作點(diǎn)設(shè)置在截止區(qū)，這時(shí)，由于三極管的靜態(tài)電流

，所以能量轉(zhuǎn)換效率高，它的缺點(diǎn)是只能對(duì)半個(gè)周期的輸入信號(hào)進(jìn)行放大，非線性失真大。(3)甲乙類(lèi)放大電路的工作點(diǎn)設(shè)在放大區(qū)但接近截止區(qū)，即三極管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，這樣可以有效克服乙類(lèi)放大電路的失真問(wèn)題，且能量轉(zhuǎn)換效率也較高，目前使用較廣泛，特別是它便于集成化，在集成功率放大電路中也得到廣泛應(yīng)用。5.2.1乙類(lèi)OCL基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路5.2互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路1.電路組成及工作原理圖5-2是雙電源乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。這類(lèi)電路又稱(chēng)無(wú)輸出電容的功率放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)OCL電路。VT1和VT2分別為NPN型管和PNP型管，兩管參數(shù)對(duì)稱(chēng)。圖5-2(1)靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)

時(shí)，兩三極管都工作在截止區(qū)，此時(shí)IBQ

、ICQ

、IEQ

均為零，負(fù)載上無(wú)電流通過(guò)，輸出電壓u0

=0(2)動(dòng)態(tài)分析當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，三極管V1導(dǎo)通，V2截止，有電流通過(guò)負(fù)載RL

；而當(dāng)輸入信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，V1截止，V2放大，仍有電流流過(guò)負(fù)載RL

。該電路實(shí)現(xiàn)了在靜態(tài)時(shí)管子不取電流，而在有信號(hào)時(shí)，V1和V2輪流導(dǎo)通，使輸出形成完整的正弦波。由于這種電路中的三極管交替工作，即一個(gè)“推”，一個(gè)“挽”，互相補(bǔ)充，故這類(lèi)電路又稱(chēng)為互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)推挽電路。

2.功率參數(shù)分析以下參數(shù)分析均以輸入信號(hào)是正弦波為前提，且忽略失真。

(1)輸出功率Po設(shè)輸出電壓的幅值為

Uom

，有效值為Uo

；輸出電流的幅值為IDC，有效值為Io

。則

(2)直流電源供給的功率PDC兩個(gè)電源各提供半個(gè)周期的電流，其峰值為Iom

=

Uom/RL故每個(gè)電源提供的平均電流為因此兩個(gè)電源提供的功率為(3)效率η輸出功率與直流電源提供功率之比為功率放大器的效率。理想條件下，輸出最大功率時(shí)的效率，也是最大效率。實(shí)際上，由于功率管V1、V2的飽和壓降不為零，所以電路的最大效率低于78.5%。(4)管耗PV直流電源提供的功率與輸出功率之差就是損耗在兩個(gè)三極管上的功率可求得當(dāng)時(shí)，三極管消耗的功率最大，其值為單管的最大功耗為(5)功率管的選擇功率管的極限參數(shù)有PCMICM和U(BR)CEO應(yīng)滿足下列條件：功率管集電極的最大允許功耗。功率管的最大功耗應(yīng)大于單管的最大功耗，即②功率管的最大耐壓③功率管的最大集電極電流5.2.2乙類(lèi)OCL基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路由于靜態(tài)時(shí)兩管的發(fā)射極是零電位，所以負(fù)載可直接連接，不需要耦合電容，故也稱(chēng)為OCL（無(wú)輸出電容器OutputCapacitorless）電路。與OCL電路相比，OTL電路的優(yōu)點(diǎn)是少用一個(gè)電源，故使用方便，缺點(diǎn)是由于電容

在低頻時(shí)的容抗可能比

大，所以O(shè)TL電路的低頻響應(yīng)較差。從基本工作原理上看，兩個(gè)電路基本相同，需要特別指出的是，在OTL電路中的每個(gè)三極管的工作電源已變?yōu)?/p>

，已不是OCL電路的

了，所以前面導(dǎo)出的計(jì)算

、

、

的公式中的

要以

代替。5.3集成功率放大器集成功率放大器具有輸出功率大、外圍連接元件少、使用方便等優(yōu)點(diǎn)，目前使用越來(lái)越廣泛。它的品種很多，但是大多數(shù)集成功放及其外圍電路有其共同規(guī)律，學(xué)習(xí)幾個(gè)典型的集成功放電路，對(duì)于應(yīng)用新型集成功放電路是有益的。5.3.1

LM1875介紹及其應(yīng)用電路(1)單雙電源，寬電壓范圍（單16V～60V或雙

V～V）；(2)最大不失真功率為30W；(3)低失真度輸出（30W時(shí)小于1%）；(4)開(kāi)環(huán)增益90dB；(5)靜態(tài)電流小于100mA；(6)最大輸出電流4A；(7)最大擺幅率8V/μs。外引腳的排列如圖5-8所示。圖5-82．LM1875集成功放的典型應(yīng)用(1)雙電源(OCL)應(yīng)用電路如圖5-9所示電路是雙電源時(shí)LM1875的典型應(yīng)用電路。輸入信號(hào)

由同相端輸入，R1

、R2

、C2

構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋，因此，閉環(huán)電壓放大倍數(shù)為圖中電容C4、C5、C6、C7、為電源去耦濾波，其中0.1μF小電容主要濾除高頻噪聲，、構(gòu)成揚(yáng)聲器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)，可吸收揚(yáng)聲器的反電動(dòng)勢(shì)，防止電路振蕩。圖5-9(2)單電源（OTL）應(yīng)用電路對(duì)僅有一組電源的中、小型錄音機(jī)的音響系統(tǒng),可采用單電源連接方式,如圖5-10所示。由于采用單電源供電,故同相輸入端用阻值相同的R3

、R4

組成分壓電路,使K點(diǎn)電位為UCC/2，經(jīng)

加至同相輸入端。在靜態(tài)時(shí),同相輸入端、反相輸入端和輸出端皆為UCC/2。其它元件作用與雙電源電路相同。圖5-105.3.2

LM386介紹及其應(yīng)用電路LM386是美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品。為使外圍元件最少，電壓增益內(nèi)置為20。在1腳和8腳之間增加一只外接電阻和電容，便可將電壓增益調(diào)為任意值，直至200。輸入端以地為參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW,使得LM386特別適用于電池供電的場(chǎng)合。1.LM386主要技術(shù)參數(shù)(1)電源電壓：4V～12V；(2)輸出功率為660mW；(3)帶寬為300kHz；(4)輸入阻抗為50kΩ。外引腳排列如圖5-11所示。