功放電路管理分析及項(xiàng)目管理知識(shí)分析

項(xiàng)目九

功率放大電路及應(yīng)用9.2

集成功放及其應(yīng)用9.1

功率放大電路

電壓放大電路均屬小信號(hào)放大電路，它們主要用于增強(qiáng)信號(hào)的

電壓或電流的幅度

。實(shí)際上，很多電子設(shè)備的輸出要帶動(dòng)一定的負(fù)載，如：驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)出聲音；驅(qū)動(dòng)電表，使其指針偏轉(zhuǎn)；控制電機(jī)工作等，這就要求放大電路要向負(fù)載提供足夠大的信號(hào)功率。能輸出信號(hào)功率足夠大的電路就是功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。

功率放大電路的任務(wù)及功放管的特點(diǎn)9.1

功率放大電路輸出足夠大的信號(hào)功率，即不但要輸出大的信號(hào)電壓，還要輸出大的信號(hào)電流，以滿足負(fù)載正常工作的要求。1

、功率放大電路的任務(wù)：

電子設(shè)備中的放大器一般由前置放大器和功率放大器組成，如圖

9.2

所示。前置放大器的主要任務(wù)是

不失真地提高輸入信號(hào)的電壓或電流的幅度

，而功率放大器的任務(wù)是

在信號(hào)失真允許的范圍內(nèi)，盡可能圖

9.2

放大器組成方框圖

擔(dān)任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱為功放管

，一般由晶體三極管來?yè)?dān)任，近些年來，隨著場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝的提高，許多功放管已經(jīng)被場(chǎng)效應(yīng)管所取代，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動(dòng)功率。在電路中，功放管都工作在接近于管子參數(shù)的極限狀態(tài)，

故選擇功放管時(shí)要注意不要超過管子的極限參數(shù)，并且要留有一定的余量，同時(shí)要考慮在電路中采取必要的過流保護(hù)、過壓保護(hù)措施，還要解決好管子的散熱問題。

在電路中，廣泛使用復(fù)合管作為功放管。

2

、功放電路的主要指標(biāo)1)

輸出功率盡可能大

功放電路根據(jù)負(fù)載要求向負(fù)載提供的有用信號(hào)功率。一般對(duì)功率放大器都用最大輸出功率來衡量它的放大能力。

最大輸出功率是指在輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，電路的輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時(shí)，

放大器的最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積

。2)

效率要高直流電源功率

P

E

=

交流輸出功率

100%=

P

O

100%

放大電路提供給負(fù)載的功率是由直流電源提供的。放大電路的效率定義為

放大電路輸出給負(fù)載的交流功率與直流電源所提供的功率之比

：

當(dāng)直流電源所提供的功率一定時(shí)，為了向負(fù)載提供盡可能大的信號(hào)功率，則必須減少功率放大電路自身的損耗。3)

非線性失真要小

由于在功率放大電路中，三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變動(dòng)，輸出波形的非線性失真比小信號(hào)放大電路要嚴(yán)重得多。在實(shí)際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來規(guī)定允許的信號(hào)失真范圍。

功放電路中直流電源提供的功率除了供給負(fù)載外，其它部分主要被

功放管所消耗，這部分功率稱為管耗：4

）管耗：3

．使用功放管需要注意的幾個(gè)問題

功放管的作用是把直流電源的能量按照輸入信號(hào)的變化規(guī)律傳送給負(fù)載。電路工作在大信號(hào)情況下，功放管的管耗較大，必需考慮其散熱問題。又由于功放管處于大電流、高電壓狀態(tài)，故需考慮其安全和保護(hù)問題。當(dāng)結(jié)溫超過允許值時(shí)（硅管約

150oC

，鍺管約

100

o

C

），晶體管將會(huì)損壞。為了使放大器能輸出大的功率且功放管又不致?lián)p壞，

需給功放管安裝散熱片，以散發(fā)集電極產(chǎn)生的熱量，必要時(shí)還需要采用風(fēng)冷、水冷、油冷等方法來進(jìn)行散熱。（

1

）功放管的散熱問題

功放管的集電極損耗導(dǎo)致管子發(fā)熱，結(jié)溫上升。

為了確保功放管的安全使用，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，

應(yīng)使管子工作于其伏安特性的安全區(qū)內(nèi)，盡量減少電路產(chǎn)生過壓和過流的可能性

。其次要采取適當(dāng)?shù)倪^壓保護(hù)和過流保護(hù)電路。為了防止感性負(fù)載使電路產(chǎn)生過壓或過流，可在感性負(fù)載的兩端并聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò)。（

2

）功放管的安全使用

功率放大電路按照功放管靜態(tài)工作點(diǎn)的不同，可分為

甲類、乙類和甲乙類

，在高頻功放中還有丙類和丁類之分。

功放電路的類型1.

按照功放管靜態(tài)工作點(diǎn)分類

甲類功放的

三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū)的中間，所以在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，管子中都有電流流過

。甲類放大電路的優(yōu)點(diǎn)是失真小，缺點(diǎn)是管耗大，效率低，

它主要用于小功率放大電路中

。電壓放大電路由于信號(hào)比較小，實(shí)際上都工作在甲類放大狀態(tài)。

乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在放大區(qū)與截止區(qū)的交線上，在輸入信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，管子只在半個(gè)周期內(nèi)有電流流過

，顯然，乙類放大電路需要兩個(gè)管子分別對(duì)信號(hào)的正負(fù)半周進(jìn)行放大，才能完成對(duì)信號(hào)的放大。

甲乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點(diǎn)在靠近截止線的放大區(qū)內(nèi)，在信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，管子有半個(gè)多周期內(nèi)有電流流過

，顯然，甲乙類放大電路也需要兩個(gè)管子才能完成對(duì)信號(hào)的放大。i

Ci

C

I

B

=

0u

CEQ0t

02)

乙類工作狀態(tài)3)

甲乙類工作狀態(tài)三種功放的工作狀態(tài)

1)

甲類工作狀態(tài)ti

Ci

C

Qu

CE00I

B

=

0i

Ci

CQ0t

0

I

B

=

0u

CE

t

t

t

i

CI

CQ

O

i

CI

CQ

O

i

C

I

CQ

O

I

cM

2

I

cM

2

I

cM

2

三種功放的工作狀態(tài)

甲類工作狀態(tài)

(

=

2

)

失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，

效率低。

乙類工作狀態(tài)

(

=

)

失真大，靜態(tài)電流為零

，管耗小，

效率高。

甲乙類工作狀態(tài)

(

<

<

2

)

失真大，靜態(tài)電流小

，管耗小，

效率較高。Qu

CEi

Ct

OOQQ

甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。

乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零

，管耗小，效率高

。甲乙類工作狀態(tài)失真大，

靜態(tài)電流小

，管耗小，效率較高。三種功放的工作狀態(tài)

i

C2.

按功放電路中輸出信號(hào)與負(fù)載的耦合方式分類按功放電路中輸出信號(hào)與負(fù)載的耦合方式，可分成

變壓器耦合功放電路、

OTL

功放電路、

OCL

功放電路和

BTL

電路

等。傳統(tǒng)的功率放大電路常常采用變壓器耦合方式的功率放大電路。圖

9.5

所示為一個(gè)典型的變壓器耦合功率放大電路的原理圖及工作波形圖。在圖中

T

1為輸入變壓器，

T

2

為輸出變壓器，當(dāng)輸入電壓

u

i

為正半周時(shí)，

VT

1

導(dǎo)通，

VT

2

截止；當(dāng)輸入電壓

u

i

為負(fù)半周時(shí)，

VT

2

導(dǎo)通，

VT

1

截止。兩個(gè)三極管的集電極電流

i

c1

和

i

c2

均只有半個(gè)正弦波，但通過輸出變壓器T

2

耦合到負(fù)載上，負(fù)載電流

i

L

和輸出電壓

u

o

則基本上是正弦波。（

1

）變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路功率放大電路采用變壓器耦合方式的主要優(yōu)點(diǎn)1

、便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，有利于信號(hào)的最大傳輸3

、變壓器體積龐大，比較笨重，消耗有色金屬。2

、低頻和高頻特性不好，在引入負(fù)反饋時(shí)還容易產(chǎn)生自激，所以除了對(duì)頻率特性要求不高的電路外，一般都不采用這種功放電路。如下圖所示為

OCL

乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，它采用正、負(fù)雙電源供電，

VT

1

、

VT

2

為兩個(gè)特性相同的異型三極管。（

2

）

OCL

互補(bǔ)對(duì)稱式功率放大電路i

Ci

COQI

cMU

ceM

u

CEV

CC

I

Ct

O

OCL功率放大電路分析一

OCL

功率放大電路的引出甲類共射放大電路R

b

R

eC

1

+

+

u

i

-u

o

+V

CC

C

2+

+

R

L

-u

sR

S

+

-一

OCL

功率放大電路的引出射極跟隨器

作功率輸出級(jí)輸出電阻小

，

負(fù)載能力強(qiáng)

但由于

R

e

的存在，

它的靜態(tài)電流較大，

電路效率仍然較低。

甲類

共集

放大電路為了

提高效率

，必須

使

電路的

靜態(tài)損耗為0

，即

I

B

=0

，

I

C

=0

，且采用兩個(gè)

極性相反

的

射極跟隨器

組成

乙類

互補(bǔ)

功率放大電路一

OCL

功率放大電路的引出乙類共集放大電路波形失真嚴(yán)重1.

電路特點(diǎn)

1）

雙電源

V

cc

供電；

2）

T1

和

T2

特性一致；

3）

靜態(tài)時(shí)，

V

B

=

V

E

=0

電路處于乙類工作狀態(tài)

4）

T1

和

T2

互補(bǔ)工作，

輸入、輸出雙向跟隨信號(hào)過零時(shí)出現(xiàn)交越失真

T

1T

2

+u

i

+u

o

V

CC+V

CC

i

C1

R

L

i

C1二

OCL

電路

的組成與工作原理

(

OCL

—

O

utput

C

apacitor

l

ess

)i

Bi

B1o

o

i

B2

ot

1t

2

t

3t

1

t

2

t

3

t

4t

4

tu

BE2

u

BE2u

BE1

u

BE1交越失真死區(qū)

當(dāng)

t

輸入電壓小于死區(qū)電壓時(shí)，

三極管截止，

引起

交越失真

二

OCL

電路

的組成與工作原理2.

電路存在的問題＋U

CES－＋U

oM－

三

OCL

電路的輸出功率與效率

大信號(hào)－圖解法動(dòng)態(tài)分析

NPN

-U

o

MI

cm

V

cc

－

U

CES

V

cc

－

U

CES

+U

o

M

PNP

+u

i

+u

oM

T

1

T

2+V

CC

V

CC

+U

CES

-

R

L1.

最大不失真輸出功率

輸出電壓

峰值輸出電壓最大峰值三

OCL

電路的輸出功率與效率三

OCL

電路的輸出功率與效率2.

電源功率

P

DC

+u

i

+u

oM

T

1

T

2+V

CC

V

CC

+U

CES

-

R

L

理想情況

（忽略

U

CES

）

下，乙類工作狀態(tài)的

最大效率三

OCL

電路的輸出功率與效率

3.

效率

+u

i

+u

oM

T

1

T

2

V

CC

+V

CC

+U

CES

-

R

L即：0PU

OMP

oP

T

+u

i

T

1

T

2

+V

CC

+

U

CES

-

+

R

L

u

oM

V

CC

P

DC三

OCL

電路的輸出功率與效率

4.

功放管的最大管耗

令：

則：

時(shí)管耗最大I

CM

>

V

CC

/

R

L

T

1T

2

+R

L

u

o

V

CC2

V

CC

-

U

CES+V

CC

U

CES三

OCL

電路的輸出功率與效率

5.

選擇功放管的原則

三個(gè)極限參數(shù)的選擇

P

CM

>

0.2

P

om

+

u

i

U

(BR)CEO

>

2

V

CC

例

1

：

已知：

V

CC

=

24

V

，

R

L

=

8

，忽略

U

CES

求

P

om

以及此時(shí)的

P

DC

、

P

T1

，

并選管。u

i

L[解]

P

DC

=

2

V

2CC

/

R

L

=

45.9

(W)

=

4.9

(W)U

(BR)CEO

>

48

VI

CM

>

24

/

8

=

3

(A)

+V

CC

選功率

T

管：

1

+

U

CEP

CM

+

=

10

15

W

-

+U

(BR)CEO

=

T

2

60

R

100

u

V

o

V

CCI

CM

=

5

A例

2

：

已知：

V

CC

=

12

V

，

R

L

=

8

，

U

CES

=2V。

1）求

P

om

、η以及此時(shí)的

P

DC

、

P

T1

，

并選管2

）計(jì)算

η=0.6

時(shí)的

Po[解]

+V

CC選功

T

1

率管：

+

U

CE

+

P

CM

=

5

W

-

+

R

L

T

2

I

CM

=

3A

V

CC

I

CM

>

12

/

8

=

1.5

(A)設(shè)置靜態(tài)偏置消除交越失真

偏置電路

:二極管

D

1

、

D

2

電阻

R

1

、

R

2

和電位器

R

P–

V

EE+

V

cc

u

o

R

LB

2u

i

R

1

R

PD

1D

2R

2

B

1

T

12

U

BE

T

2

改進(jìn)型OCL電路一

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路電路

1

：T

2

微導(dǎo)通

充分導(dǎo)通

微導(dǎo)通；

I

CQ2一

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放當(dāng)

u

i

=

0

時(shí)，

T

1

、

T

2

微導(dǎo)通T

2R

L–

V

EE

tB

11

）當(dāng)

u

i

>

0

(由小到大到小變化時(shí))

T

1

微導(dǎo)通

充分導(dǎo)通

微導(dǎo)通；

u

i

T

2

微導(dǎo)通

截止

微導(dǎo)通。

i

C

2

）當(dāng)

u

i

<

0

(由大到小到大變化時(shí))

I

CQ1

0

T

1

微導(dǎo)通

截止

微導(dǎo)通。2

U

BE

B

2

+

V

ccT

1

u

o

改進(jìn)型OCL電路二

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

+u

o

+V

CCV

1

R

LT

2

V

EE

R

T

3

T

4T

5電路

2

：

+

u

i

T

5

給

T

1

、

T

2提供靜態(tài)電壓，同時(shí)

對(duì)

u

i

進(jìn)行放大

帶推動(dòng)級(jí)的

互補(bǔ)對(duì)稱功放T

1T

2T

3R

2R

1U

BE

的倍增電路

改進(jìn)型OCL電路

克服交越失真的偏置電路

改進(jìn)型OCL電路甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路電路

3

：T

4R

L+V

CCT

1T

2T

3

+

u

o

V

EER*

1R

3R

2

R

4推動(dòng)級(jí)U

BE

倍增電路功率和效率計(jì)算方法：

由于

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

的靜態(tài)電流很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。

對(duì)于甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的輸出功率與效率計(jì)算，仍然可以使用

乙類功率放大電路

的計(jì)算公式，這樣做計(jì)算過程簡(jiǎn)單，誤差也不是很大。

改進(jìn)型OCL電路二

甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路三

準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

1.

復(fù)合管(達(dá)林頓管)

目的：實(shí)現(xiàn)管子參數(shù)的配對(duì)(1

+

1

)

i

b1r

be

=

r

be1

+

(1

+

1

)

r

be2

2

(1+

1

)

i

b1

1

i

b1i

b1i

bi

c

i

e

1

2(

1

+

2

+

1

2

)

i

b1T

1T

2

(1

+

1

)

i

b1

(1

+

2

)

=

(1

+

1

+

2

+

1

2

)

i

b1

電流方向不沖突）2.

在

并接點(diǎn)

，必須保證兩管電

流同時(shí)流入接點(diǎn)或同時(shí)流出

接點(diǎn)。

3.

必須保證復(fù)合管中每個(gè)管子

都工作在放大區(qū)4.

復(fù)合管的類型

與第一只

管子相同。三

準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

1.

在

串接點(diǎn)

，必須保證兩管電

復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：

流方向的一致和連續(xù)（實(shí)際并接點(diǎn)串接點(diǎn)T1T2NPN+NPNNPNT1T2PNP+PNPPNPT2T1NPN+PNPNPNT1T2PNP+NPNPNP一些常見的復(fù)合管準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱放大電路NPNPNP四

輸出電流的保護(hù)

R

3

和

R

4

的作用：彌補(bǔ)準(zhǔn)互補(bǔ)管的不對(duì)稱；

輸出電流取樣

D

1

和

D

2

的作用：

正常情況下截止；

過流時(shí)導(dǎo)通限流；練習(xí)：9.2

集成功放及其應(yīng)用引言

DG810

集成功放及其應(yīng)用

TD2040

集成功放及其應(yīng)用

LM386

集成功放及其應(yīng)用組成：前置級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)、偏置電路特點(diǎn)：輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護(hù)引言12348765

LM386

集成功放及其應(yīng)用

1.

典型應(yīng)用參數(shù)：

直流電源：

4

16

V

額定功率：

660

mW帶寬：

300

kHz輸入阻抗：

50

k

引腳圖1.

8

開路時(shí)，

A

u

=

20(負(fù)反饋?zhàn)顝?qiáng))1.

8

交流短路

A

u

=

200(負(fù)反饋?zhàn)钊?

電

串聯(lián)

負(fù)反饋V

1

、

V

6

：

射級(jí)跟隨器

,

高

R

iV

2

、

V

4

：

雙入單出差分電路V

3

、

V

5

：

恒流源負(fù)載V

7

~

V

12

：

功率放大電路V

7

為驅(qū)動(dòng)級(jí)(

I

0

為恒流源負(fù)載)V

11

、

V

12

用于消除交越失真V

8

、

V

10

構(gòu)成

PNP

準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱2.

LM386

內(nèi)部電路5C

4C

5

R

P

36

k

C

110

F

10

F

C

2

8

13

LM3862

4

7100

F8

.047

F

+

V

CC

C

6

0.1

FC

3

220

F

10

6頻率補(bǔ)償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)輸出電容

(

OTL

)3.

LM386

典型應(yīng)用電路頻信號(hào)的放大，多用在立體聲錄音機(jī)中。

TDA2616/Q

采用

9

腳單列直插式封裝，各引腳功能見圖

9.12

（

a

）所示。其中

2

腳為靜音控制端，當(dāng)該腳接低電平時(shí)，

TDA2616/Q

處于靜音狀態(tài)，輸出端停止輸出；

2

腳接高電平時(shí)，

TDA2616/Q

處于工作狀態(tài)。

TDA2616/Q—

中功率集成功率放大電路

TDA2616/Q

是

PHILIPS

公司生產(chǎn)的具有靜噪功能的

12W

雙聲道高保真功率放大器，主要用于對(duì)音TDA2616/Q

的最大輸出功率為

15W

，失真度不大于

0.2%

。

TDA2616/Q

既可以使用單電源供電，也可采用雙電源供電，這是它的一個(gè)特點(diǎn)，非常分別使用。采用單電源供電時(shí)的應(yīng)用電路如圖

9.12

（

b

）所示，這時(shí)電路構(gòu)成了

OTL

電路；采用雙電源供電時(shí)的應(yīng)用電路如圖

9.12

（

c

）所示，這時(shí)電路構(gòu)成了OCL

電路。當(dāng)然兩種形式的電路其輸出功率是不同的。

DG810

集成功放—

標(biāo)準(zhǔn)音頻功率放大功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬、有保護(hù)電路自舉電容1

48

12100

F

輸出電容4

V

CC

=

15

V

時(shí)

輸出功率

6

WC

2

100

F

.

01

F

R

4100

C

6

C

9

R

3

C

8

0.1

F

100

F

C

5

F輸入

1

C

10偏置

u

i

R

1

9

DG810

1000

F

100

k

10

7

5

C

4

100

F

C

5交流負(fù)反饋

R

2

C

7

1000

pF

1

56

4

700

pF

頻率補(bǔ)償，防自激等電源濾波

+

V

CC

TD2040

集成功放及其應(yīng)用特點(diǎn)：

輸出短路保護(hù)、自動(dòng)限制功耗、有過熱關(guān)機(jī)保護(hù)功率帶寬：

100

kHz

輸入阻抗：

50

k

壓串聯(lián)1

5

電源濾波輸出功率

C

1

1

：

F

22

W

(

R

L

=

4

)

C

3

C

4

220

F防自激等

R

3

R

2

22

k

5

+

V

CC

(

16

V

)u

i

R

1