音頻功放電路的分析與制作-功放電路

功放電路功放電路要求OCL電路OTL電路復(fù)合管■功率放大電路的任務(wù)：盡可能大的輸出功率；盡可能高的效率；盡可能小的失真?！龉β史糯箅娐返奶攸c(diǎn)：在大信號(hào)下工作，只能用圖解法進(jìn)行分析，而不能用微變等效電路法。一、功率放大電路的任務(wù)及特點(diǎn)1.功放管的工作狀態(tài)及特點(diǎn)(1)甲類工作狀態(tài)：

靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，處于線性放大狀態(tài)；失真最小，靜態(tài)功耗較大，效率較低：最大理想效率為50%，實(shí)際為25%~35%。（2）乙類工作狀態(tài)：靜態(tài)工作點(diǎn)在截止區(qū)；失真較大，靜態(tài)功耗很小，效率較高：最大理想效率為78.5%，實(shí)際為55%~65%。（3）甲乙類工作狀態(tài)：

靜態(tài)工作點(diǎn)在截止區(qū)與放大區(qū)的交界處（靜態(tài)時(shí)管子處于微導(dǎo)通狀態(tài)）；失真較小，靜態(tài)功耗較低，效率較高：最大理想效率為78.5%，實(shí)際為55%~65%。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)不能超過晶體管的極限值:ICM

、VCEM

、

PCM

。ICMPCMVCEMIcvce2.對功率放大電路的基本要求②電流、電壓信號(hào)比較大，必須注意防止波形失真。③電源提供的能量盡可能地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，以減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（

）。Pomax

:負(fù)載上得到的交流信號(hào)功率。PE：電源提供的直流功率。vo的取值范圍QIcvCEVCC直流負(fù)載線交流負(fù)載線VCEQ=0.5VCC

靜態(tài)工作點(diǎn)：若忽略晶體管的飽和壓降和截止區(qū)，輸出信號(hào)vo的峰值最大只能為：放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)在交流負(fù)載線中點(diǎn)的工作方式稱為甲類放大。votvoibQicvceVCC如何解決效率低的問題？辦法：降低Q點(diǎn)。既降低Q點(diǎn)又不會(huì)引起截止失真的辦法：采用互補(bǔ)對稱射極輸出電路(乙類、甲乙類放大)。缺點(diǎn)：但又會(huì)引起截止失真。

互補(bǔ)對稱功放的類型無輸出變壓器形式（OTL電路）無輸出電容形式（OCL電路）互補(bǔ)對稱：電路中采用兩只晶體管，NPN、

PNP各一只；兩管特性一致。類型：功放電路功放電路要求OCL電路OTL電路復(fù)合管一、OCL電路1.工作原理（設(shè)vi為正弦波）（1）電路的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL①由NPN型、PNP型三極管構(gòu)成兩個(gè)對稱的射極輸出器對接而成。②雙電源供電。③輸入輸出端不加隔直電容。ic1ic2（3）動(dòng)態(tài)分析：vi

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

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2（2）靜態(tài)分析：vi=0V

T1、T2均不工作

vo=0V（4）乙類放大的輸入輸出波形關(guān)系:vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL死區(qū)電壓vivov"ov′otttt交越失真

（1）輸出功率Po

若忽略VCES,則即為乙類互補(bǔ)對稱功放的最大輸出功率！2.功率和效率的估算

（2）直流電流提供的功率PDC

（3）效率（4）管耗PC

可求得當(dāng)Vom=0.63VCC

時(shí),三極管消耗的功率最大,其值為

每個(gè)管子的最大功耗為得出了功放管最大集電極耗散功率的選擇標(biāo)準(zhǔn)?。╞）乙類

（c）甲乙類

甲乙類互補(bǔ)對稱功率放大電路功放電路功放電路要求OCL電路OTL電路復(fù)合管.單電源供電；.輸出加有大電容。2.靜態(tài)分析則V1、V2特性對稱，

令：VCC/2RLuiV1V2+VCCCAUL+-UC1.電路特點(diǎn)一、OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路3.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)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對稱，但存在交越失真。ic1ic2交越失真（電容相當(dāng)于電源）RLuiV1V2+VCCCAUL+-時(shí)，V1導(dǎo)通、V2截止；時(shí)，V1截止、V2導(dǎo)通。設(shè)輸入端在0.5VCC直流電平基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)（1）靜態(tài)偏置

（2）動(dòng)態(tài)工作情況調(diào)整R1、R2阻值的大小，可使此時(shí)電容上電壓此電路存在的問題：輸出電壓正方向變化的幅度受到限制，達(dá)不到VCC/2。4.實(shí)際電路——克服交越失真

圖7.40OTL功率放大電路（3）OTL功率放大電路分析

V1為功放管提供推動(dòng)電壓；RP1、RB1、RB2為V1提供靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)還可使UK=1/2UCC；V2V3、V4V5為兩只復(fù)合三極管，分別等效為NPN和PNP型。V6、V7、RP2為V2V3、V4V5提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)RP2可以改變靜態(tài)工作點(diǎn)；Co為輸出耦合電容，一方面將放大后的交流信號(hào)耦合給負(fù)載RL，另一方面作為V4、V5導(dǎo)通時(shí)的直流電源，因此要求容量大，穩(wěn)定性高。C1、R1為自舉電路。①各元件作用ui為負(fù)半周時(shí)，V1集電極信號(hào)為正半周，V2、V3導(dǎo)通，V4、V5截止。在信號(hào)電流流向負(fù)載RL形成正半周輸出的同時(shí)向Co充電，使UCo=1/2UCC。

ui正半周時(shí)，V1集電極信號(hào)為負(fù)半周，V2、V3截止，V4、V5導(dǎo)通。此時(shí)，Co上的1/2UCC與V4、V5形成放電回路，若時(shí)間常數(shù)RLC遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的半周期，則電容上電壓基本不變，而流過管子和負(fù)載的電流仍由基極控制，這樣在負(fù)載上獲得負(fù)半周輸出信號(hào)，于是負(fù)載上獲得完整的正弦信號(hào)輸出。②工作原理OTL電路與OCL電路相比，每個(gè)功放管實(shí)際工作電源電壓為1/2UCC，因此將（7.37）～（7.43）中UCC用1/2UCC替換即得相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算公式。

[例]在圖所示電路中，已知：RB1=22kΩ、RB2=47kΩ、RE1=24Ω、RE2=RE3=0.5Ω、R1=240Ω、RP=470Ω、RL=8Ω，V2為3DD01A、V3為3CD10A，V4、V5為2CP。試求：（1）最大輸出功率（2）若負(fù)載RL上的電流為iL=0.8sinωt（A）時(shí)的輸出功率和輸出電壓幅值。③參數(shù)計(jì)算

解（1）最大輸出功率

Pom==9W（2）輸出功率

Po==2.56W

輸出電壓幅值

U

om=0.8

×8=6.4V功放電路功放電路要求OCL電路OTL電路復(fù)合管為了對輸入正弦信號(hào)的正負(fù)半周有相同的放大能力，要求互補(bǔ)的NPN和PNP三極管的參數(shù)盡可能對稱。但實(shí)際上，要使一對NPN管和PNP管盡可能的相近，小功率管還比較容易做到，而對于大功率管來說，就相當(dāng)困難了。要想解決這一矛盾，必須采用復(fù)合管的形式。

所謂復(fù)合管就是由兩個(gè)或三個(gè)三極管復(fù)合在一起完成一個(gè)三極管的功能，從而得到較高的電流放大系數(shù)或獲得其他性能的改善。復(fù)合管通常由一個(gè)中小功率管和一個(gè)大功率管復(fù)合而成。如圖所示。一、復(fù)合管

（a）、(d)等效為NPN管;（b）、(c)等效為PNP管1.幾種典型復(fù)合管復(fù)合形式圖

錯(cuò)誤復(fù)合的例子（1）復(fù)合管復(fù)合的原則復(fù)合管復(fù)合的原則是：所有的管子的電流流向一致，下圖給出錯(cuò)誤復(fù)合的例子。（以由第一只管子V1和第二只管子V2復(fù)合成的復(fù)合管V為例）：①同型或異型的管子都可以參與復(fù)合，但復(fù)合管的類型一定和第一只管子V1相同。因?yàn)閂1的基極電流決定了復(fù)合管的基極電流方向，基極電流流入復(fù)合管的為NPN管，反之，就必然是PNP管。

②

復(fù)合管的電流放大系數(shù)約等于V1和V2的電流放大系數(shù)之積，即β≈β1β2

。③

如果V1的發(fā)射極接V2，則V2相當(dāng)于V1的射極電阻，復(fù)合管的輸入電阻rbe=rbe1+（1+β）rbe2；如果V1的集電極接V2，此時(shí)的V2相當(dāng)于V1的集電極電阻，復(fù)合管的輸入電阻rbe=rbe1。

2.復(fù)合管的特點(diǎn)

例

以圖（a）為例，證明復(fù)合管的電流放大系數(shù)β約為V1、V2電流放大系數(shù)之積，即

β≈β1β2。