電路第4章功率放大電路

第四章

功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點4.2互補(bǔ)對稱式功率放大電路4.3實際的功率放大電路4.4集成功率放大器本章重點和考點：1.重點掌握功放的分類、最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計算。2.掌握集成功放的使用。本章討論的問題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？Q點如何設(shè)定？2.什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？3.互補(bǔ)式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？4.甲類、乙類、甲乙類功放電路的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率如何計算。（OTL、OCL）學(xué)習(xí)方法：圖解法例：擴(kuò)音系統(tǒng)實際負(fù)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(fù)載。如使揚聲器發(fā)聲、繼電器動作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動一個實際負(fù)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4.1功率放大電路的主要特點一.功放電路的特點（1）輸出功率Po盡可能大(2)電源提供的能量應(yīng)盡可能多地轉(zhuǎn)換給負(fù)載，盡量減少晶體管及線路上的損失。即注意提高電路的效率（

）。Po:負(fù)載上得到的交流信號功率。PV：電源提供的直流功率。(3)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。最大輸出功率（5）功放管散熱和保護(hù)問題（4）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

、UCEM

、

PCM

。

ICMPCMUCEMIcuce分析方法：由于三極管工作在大信號狀態(tài)，一般不采用微變等效電路法，常采用圖解法。因為低頻功率放大電路,轉(zhuǎn)換效率η≤78%，所以相當(dāng)大的功率消耗在管子集電結(jié)上，使管子溫度升高，當(dāng)結(jié)溫超過允許值（硅管約200℃，鍺管為100℃）功放管被損壞，所以必須給功放管加散熱片。如加200mm×200mm×3mm的散熱片后Pom可由2W提到10W。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路圖4.1.1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(dǎo)通的方式稱為“推挽”工作方式。無輸入信號，三管截止有輸入信號，三管交替導(dǎo)通傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路功率放大電路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(dǎo)通情況分類甲類(2

=2

)

tiCO

Icm

2ICQ

tiCO

Icm

2ICQ乙類(2

=

)

tiCO

Icm

ICQ2甲乙類(

<2

<2

)丙類：導(dǎo)通角2

小于。丁類：功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子僅在飽和導(dǎo)通時消耗功率。集電極電流iC將嚴(yán)重失真。甲類：Q點適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過BJT。甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，BJT只在正弦信號的半個周期內(nèi)均導(dǎo)通。iCuCEQ2ICQVCC4.2互補(bǔ)對稱式功率放大電路4.2.1

OTL互補(bǔ)對稱電路(OutputTransfomerLesss)一、OTL乙類互補(bǔ)對稱電路在輸入信號的正半周，VT1

導(dǎo)通，iC1

流過負(fù)載；負(fù)半周，VT2導(dǎo)通，iC2

流過負(fù)載。存在的問題：交越失真交越失真圖

4.2.11.電路的組成2.工作原理大電容問題：Q點如何調(diào)節(jié)？VT1、VT2兩個管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。輸入輸出波形圖uiuououo′交越失真死區(qū)電壓VT1、VT2兩個管子輪流導(dǎo)通的交界處，將有一段時間兩個三極管均截止，導(dǎo)致u0發(fā)生失真，即交越失真二、OTL甲乙類互補(bǔ)對稱電路圖4.2.3

OTL互補(bǔ)對稱輸出級

R、VD1、VD2

為兩管提供一小的靜態(tài)偏置電壓，使得在輸入信號等于零時，管子微導(dǎo)通，以克服交越失真。圖9.2.5

OTL互補(bǔ)電路波形圖tuIOtiC1OtiC2OtuOO問題：如何消除交越失真？

靜態(tài)時:

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電壓分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航担率箖晒芫幱谖⑷鯇?dǎo)通狀態(tài)——甲乙類工作狀態(tài)動態(tài)時：設(shè)ui加入正弦信號。正半周T2截止，T1基極電位進(jìn)一步提高，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)；負(fù)半周T1截止，T2

基極電位進(jìn)一步降低，進(jìn)入良好的導(dǎo)通狀態(tài)。電路中增加R、VD1、VD2支路1.基本原理

甲乙類單電源互補(bǔ)對稱電路圖4.2.3

OTL互補(bǔ)對稱輸出級4.2.2

OCL互補(bǔ)對稱電路(OutputCapacitorLess)圖4.2.5

OCL互補(bǔ)對稱電路1.電路的組成2.功率和效率分析iC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom負(fù)載上最大不失真電壓為

Uom=VCC-UCESUom=VCC

-

UCES(1).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PV當(dāng)(4).效率

最高效率

max(5)集電結(jié)最大允許耗散功率PCM問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=(2/pi)VCC=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：每個三極管的最大功耗為PTM=PCM>0.2P0MOCL乙類互補(bǔ)對稱電路的特點OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又便于集成化；注意：二個三極管的發(fā)射集直接連接到負(fù)載上，如果Q點失調(diào)，電路將過載，損壞電路，常常在負(fù)載回路接入熔斷器作為保護(hù)。4.3采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱式放大電路采用復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動能力。4.3.1復(fù)合管的接法及其和rbe

1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型

rbe

rbe1＋（1＋

1）rbe2復(fù)合管組成原則

1.前后兩個三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級輸出電流與后級輸入電流實際方向一致。

2.外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個管子均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)（恒流區(qū)）。復(fù)合管的接法VT1bVT2ec

VT2VT1bec(a)NPN型(b)PNP型圖4.3.1復(fù)合管的接法(c)NPN型

cVT1bVT2e(d)PNP型

VT2VT1bec圖4.3.1復(fù)合管的接法二、復(fù)合管優(yōu)點可以獲得很高的電流放大系數(shù)

；提高的輸入電阻；提高了總的電壓放大倍數(shù)。復(fù)合管的構(gòu)成：+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1由兩個或兩個以上三極管組成。復(fù)合管共射電流放大系數(shù)

值由圖可見圖5.3.19+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1則三極管輸入電阻

rbe其中所以顯然，

、rbe

均比一個管子

1、rbe1提高了很多倍。圖4.2.19結(jié)論

1.兩個同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與原來相同。復(fù)合管的

1

2，復(fù)合管的rberbe1＋（1＋1）rbe2

2.兩個不同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與前級三極管相同。復(fù)合管的

1

2，復(fù)合管的rbe=rbe1

。

4.3.2帶復(fù)合管的OCL互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動級（前置級）

T2、R1、R2：UBE擴(kuò)大電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功放

輸出級中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對稱。

合理選擇R1、R2，b3、b5間可得到UBE2任意倍的電壓。例OCL高保真功率放大電路帶恒流源的差動放大輸入級共射放大電路中間級OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對稱電路電壓串聯(lián)交流負(fù)反饋相位補(bǔ)償4.4集成功率放大器OTL、OCL電路均有各種不同電壓增益的多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。集成功放的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小，內(nèi)部有各種保護(hù)電路。集成功放的分類：通用型功放、專用型功放單通道功放、雙通道功放小功率功放、大功率功放附：LM386內(nèi)部電路圖4.4.1

LM386內(nèi)部電路原理圖第一級差分放大電路（雙入單出）第二級共射放大電路（恒流源作有源負(fù)載）第三級OCL功放電路輸出端外接輸出電容后再接負(fù)載，即為:OTL。電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極形成反饋通道，并與R5和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓串聯(lián)負(fù)反饋。二、LM386的電壓放大倍數(shù)1.當(dāng)引腳1和8之間開路時Uf=UR5+UR6≈Ui/22.當(dāng)引腳1和8之間外接電阻R時3.當(dāng)引腳1和8之間對交流信號相當(dāng)于短路時4.在引腳1和5之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)可以調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)范圍為：20~200。三、LM386引腳圖圖9.4.2

LM386的外形和引腳4.4.2集成功率放大電路的主要性能指標(biāo)（略）1．功率放大器的特點：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。2．為了提高效率，在功率放大器中，BJT常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補(bǔ)對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達(dá)到78.5％。3．互補(bǔ)對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：