項目2音頻功率放大器的制作

工程2音頻功率放大器的制作許多電子產(chǎn)品都要用到音頻功率放大器，諸如音響、電視機、收音機等，均要求放大電路的末級有足夠的功率去推動揚聲器〔喇叭〕音圈振動發(fā)出聲音。這種用于向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。音頻功率放大器的作用是將微弱的聲音電信號放大為功率或幅度足夠大、且與原來信號變化規(guī)律一致的信號，即進行不失真的放大。1/12/20231內(nèi)容提要任務(wù)1前置放大電路制作

1任務(wù)2負反饋在放大電路的應(yīng)用2任務(wù)3功率放大電路的制作

331/12/20232任務(wù)1前置放大電路制作任務(wù)目標：1．能熟練畫出分壓偏置式放大電路圖，并對其能自動穩(wěn)定工作點的原理進行分析。2．能準確分析電路元件參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響，并正確設(shè)置靜態(tài)工作點。3．能熟練掌握直流工作點與放大器非線性失真的關(guān)系。4．能熟練安裝、調(diào)試分壓偏置式放大電路。1/12/20233知識1分壓偏置式放大電路

溫度變化會引起放大電路的靜態(tài)工作點發(fā)生偏移，從而影響放大電路的正常工作。為了提高靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性，在放大電路中通常采用分壓偏置式放大電路來提高靜態(tài)工作點的穩(wěn)定性。分壓偏置式放大電路是最常用的音頻信號前置放大電路。下面以NPN型晶體三極管所組成的分壓偏置式放大電路為例，介紹放大電路的工作原理。1/12/202341．電路結(jié)構(gòu)及各元件的作用電路結(jié)構(gòu)如圖2-1所示。Rb1為上偏置電阻，Rb2為下偏置電阻，Rb1、Rb2的阻值一般為幾十千歐。電源電壓VCC經(jīng)Rb1、Rb2分壓后得到基極電壓UBQ，給三極管V的發(fā)射結(jié)提供適宜的正向偏置電壓，同時給基極提供一個適宜的基極電流。圖2-1分壓偏置式放大電路Re為發(fā)射極電阻，也稱發(fā)射極負反響電阻，主要起到穩(wěn)定工作點的作用。1/12/20235Ce稱為發(fā)射極交流旁路電容，作用是防止交流信號電壓在發(fā)射極電阻Re上產(chǎn)生壓降，造成放大電路電壓放大倍數(shù)下降。Rc為集電極電阻，電源通過Rc給集電結(jié)加上反向偏壓，使三極管工作在放大區(qū)。V為晶體三極管，是放大電路的核心元件。RL為負載電阻。2．穩(wěn)定工作點的原理當溫度升高時，由于三極管V的β、ICEQ增大及UBEQ減小而引起集電極電流ICQ增大，那么發(fā)射極電阻Re上的壓降UEQ增大?；鶚O電位VBQ由Rb1、Rb2串聯(lián)分壓提供，大小根本穩(wěn)定，因此發(fā)射結(jié)電壓UBEQ(UBEQ=VBQ－UEQ)減小，于是集電極電流ICQ的增加受到限制，到達穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。上述自動穩(wěn)定工作點過程總結(jié)如下：溫度t升高集電極電流ICQ增大發(fā)射極電流IEQ增大發(fā)射極電位VEQ升高發(fā)射結(jié)電壓UBEQ下降基極電流IBQ減小集電極電流ICQ下降。1/12/20236注意：分壓偏置式放大電路穩(wěn)定工作點的關(guān)鍵在于利用發(fā)射極電阻Re兩端的電壓來反映集電極電流的變化情況，實質(zhì)上是通過Re的變化量來控制并調(diào)節(jié)集電極電流ICQ的變化，最后到達穩(wěn)定靜態(tài)工作點的目的。可從以下三點加深理解：1〕由于溫度變化對β、ICEQ及UBEQ等參數(shù)產(chǎn)生影響，將導(dǎo)致三極管集電極電流ICQ變化，從而引起放大電路工作點的偏移。因此，要穩(wěn)定工作點，關(guān)鍵在于穩(wěn)定三極管集電極電流ICQ。2〕放大電路中三極管基極電壓UBEQ由偏置電阻Rb1、Rb2分壓得到〔即分壓式偏置電路〕，故三極管基極電壓相比照較穩(wěn)定，與溫度無關(guān)。3〕由于三極管發(fā)射極電阻Re的存在，與基極電壓共同起作用，穩(wěn)定了三極管集電極電流的變化，使放大電路的靜態(tài)工作點趨于穩(wěn)定。1/12/202373．元件參數(shù)對靜態(tài)工作點的影響靜態(tài)工作點適宜與否決定著電路能否正常進行交流放大，可以用以前學(xué)過的估算法求出靜態(tài)工作點，也可以用作圖的方法求出。圖2-2所示為共射根本放大電路的直流通路，在集電極回路可以列出如下方程：UCE=VCC－ICRc這就是直流負載線方程。UCE與IC是線性關(guān)系，是一條直線。在輸出特性曲線所在坐標中，只需在坐標軸上確定兩個特殊點VCC和VCC/Rc，便可作出這條直流負載線MN，其中當iB=IBQ的這條輸出特性曲線與直流負載線MN的交點即為Q點，如圖2-3所示。1/12/20238圖2-2直流通路圖2-3直流負載線與Q點電路中元件參數(shù)Rb、Rc對靜態(tài)工作點Q的影響見圖2-4所示。1/12/20239〔1〕增大Rb時，靜態(tài)工作點由Q下移到Q1；減小Rb時，靜態(tài)工作點由Q上移到Q2?！?〕增大Rc時，靜態(tài)工作點由Q左移到Q3；減小Rc時，靜態(tài)工作點由Q右移到Q4。同理可分析VCC對靜態(tài)工作點Q的影響。1/12/202310知識2直流工作點與放大器非線性失真的關(guān)系對放大器的最根本的要求是實現(xiàn)交流信號的不失真放大，即輸出信號的波形與輸入信號的波形應(yīng)是相似的。如果放大器的工作點設(shè)置不適宜，將導(dǎo)致輸出波形產(chǎn)生失真現(xiàn)象。例如，在音頻放大電路中，表現(xiàn)為聲音失真；而在電視掃描放大電路中，將表現(xiàn)為圖像比例失真。這種失真是由于電路的工作范圍超出了三極管的特性曲線的線性區(qū)而產(chǎn)生的，稱為非線性失真。它包括飽和失真和截止失真兩類。1/12/2023111．交流通路與交流負載線放大電路在輸入交流信號的情況下處于動態(tài)工作狀態(tài)，稱為動態(tài)。在動態(tài)時，放大電路在輸入信號ui和直流電源VCC共同作用下工作，電路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一電路之中的情況，各極的電流和各極的電壓都在靜態(tài)值的根底上疊加一個隨輸入信號ui作相應(yīng)變化的交流分量。由于耦合電容對交流信號可看成短路，而直流電源VCC對交流信號那么看成直接對地短路，由此可畫出放大電路的交流通路圖。如圖2-5〔a〕所示為根本共射放大電路的交流通路圖，圖中，RL'=RL//Rc稱為交流等效負載。1/12/202312〔a〕放大電路的交流通路(b)放大電路的交流負載線圖2-5放大電路的交流通路與交流負載線由圖2-5〔a〕可知uce=－icRL'而uce=uCE－UCE，ic=iC－IC，代入上式可得uCE－UCE=－〔iC－IC〕RL'上式說明，動態(tài)時iC與uCE的關(guān)系仍為一直線，該直線的斜率為〔－1/RL'〕，它由交流負載電阻RL'決定，因此稱為交流負載線，如圖2-5〔b〕所示。顯然，這條直線通過工作點Q〔UCE、IC〕，且與兩坐標軸的交點分別為：A〔UCE+ICRL'，0〕，B〔0，IC+UCE/RL'〕。1/12/2023132．放大電路的非線性失真

1〕飽和失真現(xiàn)象

在如圖2-1所示的音頻信號前置放大電路中，當輸入信號ui為正弦信號時，假設(shè)上偏置電阻Rb1設(shè)置為5.1kΩ，基極電流IBQ就較大，此時放大電路輸出的電壓波形就會產(chǎn)生失真，其負半周被削去一局部，稱之為飽和失真，如圖2-6所示。圖2-6飽和失真波形與圖解分析1/12/202314根據(jù)圖解分析法可以從圖2-6看出，IBQ偏大時，靜態(tài)工作點Q點偏高，在飽和臨界點附近，iB增大無法使ic相應(yīng)增大，于是會在ic的正半周、uce的負半周出現(xiàn)飽和失真〔切割失真〕現(xiàn)象。

為了克服放大電路出現(xiàn)的飽和失真現(xiàn)象，可適當增大上偏置電阻Rb1，使IBQ降低，Q點下移。

2〕截止失真現(xiàn)象

在如圖2-１所示的音頻信號前置放大電路中，當輸入信號ui為正弦信號時，假設(shè)上偏置電阻Rb1設(shè)置為330kΩ，基極電流IBQ就較小，此時放大電路輸出的電壓波形也會產(chǎn)生失真，其正半周被削去一局部，稱之為截止失真。如圖2-7所示。圖2-7截止失真波形與圖解分析1/12/202315Q點選擇不當引起放大電路的非線性失真，可概括如表2-1所示。表2-1Q點設(shè)置引起的放大電路非線性失真為了減小或防止非線性失真，必須合理選擇靜態(tài)工作點位置，一般選在交流負載線的中點附近，同時限制輸入信號的幅度。1/12/2023163．放大電路的的最大不失真輸出電壓幅度

最大不失真輸出電壓幅度是指放大電路不產(chǎn)生截止或飽和失真時，輸出所能獲得的最大電壓幅度，用Uom表示，如圖2-8所示。圖2-8放大電路最大不失真輸出電壓幅度1/12/202317

顯然，為了充分利用晶體管的放大區(qū)，使輸出動態(tài)范圍最大，直流工作點應(yīng)選在交流負載線的中點處，即線性放大區(qū)的中點，這樣，正、負半周信號都能得到充分放大，并最大限度地利用動態(tài)范圍。1/12/202318

任務(wù)2負反響在放大電路中的應(yīng)用

任務(wù)目標：

1．掌握反響的概念、類型及其特點。

2．能理解負反響的概念及特點，并掌握判斷負反響放大電路類型的方法。

3．了解負反響對放大電路性能的影響。

1/12/202319引言：反響在電子電路中的應(yīng)用十分廣泛，特別是在放大電路中引入負反響可大大改善放大電路的性能，前面介紹的分壓偏置式放大電路實質(zhì)上就是利用負反響原理來穩(wěn)定靜態(tài)工作點的。知識1反響的類型與判斷1．反響的概念反響就是把放大電路輸出信號〔電壓或電流〕的一局部或全部通過一定的電路送回到輸入端。從輸出端反響到輸入端的信號稱反響信號，傳遞反響信號的電路稱為反響電路，如圖2-14所示，其中Xi為外部輸入信號，Xd為凈輸入信號，Xf為反響信號。1/12/2023202．反響的類型反響有正、負之分，在放大電路中通常引入負反響以改善放大電路的性能，正反響那么多用于振蕩電路。1〕正反響。如果反響信號加到放大電路的輸入端，使輸入端的信號得到加強，這種反響稱為正反響。正反響會使放大電路信號越來越強，最后形成自激振蕩，如話筒嘯叫現(xiàn)象。2〕負反響。如果反響信號加到放大電路輸入端，使輸入端信號減弱，這種反響類型那么稱為負反響。負反響能增強放大電路的穩(wěn)定性，故廣泛應(yīng)用于各類放大電路中。1/12/2023213．負反響的四種類型及其類別1〕負反響的四種類型根據(jù)反響信號與輸出信號的關(guān)系，可分為電壓反響與電流反響。如果反響量取自輸出電壓，反響信號為電壓信號那么稱為電壓反響，如圖2-14(c)、(d)所示?；脽羝?3電壓負反響能夠穩(wěn)定放大電路的輸出電壓，降低輸出電阻；如果反響量取自輸出電流，反響信號為電流信號那么稱為電流反響，如圖2-14(a〕、(b)所示?；脽羝?3電流負反響能夠穩(wěn)定放大電路的輸出電流，提高輸出電阻。1/12/202322圖2-15負反響放大電路的四種類型1/12/202323根據(jù)反響信號與輸入信號的關(guān)系，可分為并聯(lián)反響與串聯(lián)反響。如反饋信號輸入端與放大電路輸入端呈并聯(lián)關(guān)系，那么稱為并聯(lián)反響，如圖2-15〔a〕、(d)所示，此時的反響信號與輸入信號通常在同一節(jié)點引入；如果與放大電路輸入端呈串聯(lián)關(guān)系，那么稱為串聯(lián)反響，如圖2-15〔b〕、〔c〕所示，此時的反響信號與輸入信號不在同一節(jié)點。由以上反響組合，可得出放大電路中負反響共有以下四種類型?！?〕電流并聯(lián)負反響，如圖2-15〔a〕所示。〔2〕電流串聯(lián)負反響．如圖2-15〔b〕所示?！?〕電壓串聯(lián)負反響，如圖2-15〔c〕所示?！?〕電壓并聯(lián)負反響，如圖2-15〔d〕所示。2〕負反響類型的判別現(xiàn)以圖2-15〔c〕為例，來說明負反響類型的判別方法?！?〕瞬時相位極性法判別是正反響還是負反響瞬時相位極性法是判斷電路中反響極性的根本方法，具體做法如下：假設(shè)輸入信號瞬時對地有一正向〔或負向〕的變化，即瞬時電位升高時，相應(yīng)的瞬時極性用“〔+〕〞表示，瞬時電位降低時，相應(yīng)的瞬時極性用“〔－〕〞表示；1/12/202324按照信號先放大后反響的傳輸途徑，根據(jù)電路的工作原理，確定各有關(guān)點的相位關(guān)系，從而逐級推出電路中有關(guān)點的瞬時極性；③判斷反響到輸入回路的反響信號是增強還是削弱了原來的輸入信號。如果反響信號增強了原來的輸入信號，那么是正反響；如果反響信號削弱了原來的輸入信號，那么是負反響。如圖2-15圖〔c〕所示，根據(jù)共射極放大電路集電極電位與基極電位反相的特性，在電路中可以標出某一瞬時的信號極性，由此判斷反響信號削弱了放大器輸入信號〔ui減小〕，故為負反響。〔2〕判別是電壓反響還是電流反響圖2-15〔c〕中，反響信號取自放大電路的輸出端，反響信號大小與放大電路輸出電壓成正比，故為電壓反響?！?〕判別是串聯(lián)反響還是并聯(lián)反響圖2-15(c〕中，反響信號通過Cf、Rf饋入第一級放大電路V1的發(fā)射極，與放大電路輸入信號呈串聯(lián)關(guān)系，故判斷為串聯(lián)反響。綜上分析，圖2-15(c〕中元件Cf、Rf構(gòu)成電壓串聯(lián)負反響?，F(xiàn)將判別負反響類型的方法總結(jié)列于表2-5。1/12/202325表2-5負反響結(jié)構(gòu)與類型1/12/202326知識2負反響對放大電路性能的影響放大電路引入負反響后，雖然放大倍數(shù)降低了，但提高了放大電路的穩(wěn)定性，而且可以改善電路的許多性能，如提高放大倍數(shù)的穩(wěn)定性，減小非線性失真，根據(jù)需要改變放大電路的輸入/輸出電阻以及展寬通頻帶等。1．降低了放大倍數(shù)實驗證明：引入交流負反響會使放大電路的放大倍數(shù)下降。例如，在電壓串聯(lián)負反響電路中，無反響時放大倍數(shù)

與接入負反響后的放大倍數(shù)的關(guān)系如下：因為ui＇=ui－uf在反響放大電路中，將反響信號電壓uf與輸出信號電壓uo之比，定義為反響系數(shù)F。即1/12/202327經(jīng)過推算可以得出負反響放大電路的放大倍數(shù)公式：

式中的(1+AuF)是衡量負反響程度的一個重要指標，稱為反響深度，(1+AuF)越大，反映負反響放大電路的放大倍數(shù)Auf比無反響時的放大倍數(shù)Au小得越多。2．提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性由于周圍環(huán)境溫度變化，更換不同β值的三極管以及負載電阻變化等原因，均會導(dǎo)致放大電路的放大倍數(shù)發(fā)生變化。當輸入信號一定時，引入電壓負反響，能使輸出電壓根本維持恒定；引入電流負反響，能使輸出電流根本維持恒定，也就是說能維持放大倍數(shù)的穩(wěn)定。F反映反響量的大小，其數(shù)值在0~1之間。F=0，表示反響量為零；F=1，那么表示輸出電壓全部反響到輸入端。1/12/2023282．提高了放大倍數(shù)的穩(wěn)定性由于周圍環(huán)境溫度變化，更換不同β值的三極管以及負載電阻變化等原因，均會導(dǎo)致放大電路的放大倍數(shù)發(fā)生變化。當輸入信號一定時，引入電壓負反響，能使輸出電壓根本維持恒定；引入電流負反響，能使輸出電流根本維持恒定，也就是說能維持放大倍數(shù)的穩(wěn)定。3．減小了非線性失真理想放大電路應(yīng)當是線性的，它的輸出波形與輸入波形相比，不同之處僅僅是幅值增大了。但由于晶體管是非線性器件，當輸入信號較大時，晶體三極管易進入非線性區(qū)〔飽和、截止狀態(tài)〕，導(dǎo)致輸出信號出現(xiàn)非線性失真，引入負反響電路后，能顯著減小非線性失真，改善輸出波形，負反響愈深，波形失真愈小。4．改變了輸入／輸出電阻放大器引入不同類型的負反響后，能相應(yīng)改變放大器的輸入／輸出電阻，以滿足放大電路在各種場合的使用。四種負反響類型對輸入／輸出電阻的影響如表2-6所示。1/12/2023295．擴展了放大電路的通頻帶通頻帶是放大電路的重要技術(shù)指標，從本質(zhì)上說，放大電路的通頻帶受到一定限制，是由于放大電路對不同頻率的輸入信號呈現(xiàn)出不同的放大能力而造成的。引入負反響后，使放大電路在較大的信號頻率范圍內(nèi)放大倍數(shù)幾乎不變，相當于放大電路的通頻帶〔也稱帶寬〕增大。1/12/202330不帶負反響時，通頻帶BW=fH－fL，由于fH?fL。引入負反響后，可以使放大電路的閉環(huán)通頻帶展寬為開環(huán)時的〔1+AF〕倍，即BWf≈〔1+AF〕BW所以在一些要求有較寬頻帶的音、視頻放大電路中，引入負反響是展寬頻帶的有效措施之一。1/12/202331任務(wù)3功率放大電路的制作

任務(wù)目標：

1．了解功率放大電路的常見類型及其特點。

2．能區(qū)分OCL功率放大電路與OTL功率放大電路的結(jié)構(gòu)，并分析其工作原理。

3．能安裝、調(diào)試常用集成音頻功率放大電路。1/12/202332知識1功率放大電路的性能要求與分類1．功率放大電路的性能要求在實際電路中，放大電路的實質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路，但性能要求有所不同。電壓放大電路的主要任務(wù)是把微弱的信號電壓進行放大，使負載得到不失真的電壓信號，注重電壓放大倍數(shù)、輸入與輸出電阻等指標。而功率放大電路的主要任務(wù)是不失真地放大信號的功率，常工作于大電流、高電壓的大信號狀態(tài)下，注重的是最大輸出功率、電源效率、功放管的極限參數(shù)和電路消除失真的措施等，針對上述特點，對功率放大電路一般有以下要求。1/12/2023331〕有足夠大的輸出功率功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率，為使功率放大電路的三極管〔簡稱功放管〕的電壓和電流都允許有足夠大的輸出幅度，功率放大電路常工作于接近極限的工作狀態(tài)。2〕效率要高功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比稱為效率。在輸出同樣的信號功率時，效率愈高的功率放大器，直流電源消耗的功率就愈低。3〕非線性失真要小由于功放管處于大信號工作狀態(tài)，要求功率放大管工作在放大區(qū)，假設(shè)進入飽和區(qū)和截止區(qū)都會造成非線性失真。功率放大器的非線性失真必須在允許的范圍內(nèi)，特別是高保真的音響及擴音設(shè)備對這方面有較嚴格的要求。1/12/2023344〕功放管的散熱要好在功率放大電路中，有相當大的功率消耗在功率放大管的集電結(jié)上，使功率放大管溫度升高，性能變差，為了使功放電路既有較大的輸出功率，又不損壞功放管，所以必須要給功放管加裝良好的散熱裝置及各種保護借施。2．功率放大電路的分類功率放大電路類型根據(jù)靜態(tài)工作點處于負載線的中點、截止區(qū)和近截止區(qū)的位置，分為甲類、甲乙類、乙類三種。1〕甲類功放圖2-21(a)中，三極管的靜態(tài)工作點Q設(shè)置在交流負載線的中點附近，在輸入信號的整個周期內(nèi)始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，電源始終不斷地輸出功率。在無信號輸入時，這些功率就消耗在功放管等元件上。在有信號輸入時，一局部功率轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，因此甲類功放功率損耗較大，效率較低，轉(zhuǎn)換效率最高只能到達50％。1/12/202335圖2-21功率放大電路的三種狀態(tài)1/12/2023362〕甲乙類功放圖2-21(b)中，三極管的靜態(tài)工作點Q介于甲類和乙類中間，甲乙類功放效率較高，是實用的功率放大器經(jīng)常采用的方式。3〕乙類功放圖2-21(c)中，三極管的靜態(tài)工作點Q設(shè)置在交流負載線的截止點，在輸入信號的整個周期內(nèi)，三極管有半個周期工作在放大區(qū)，另半個周期工作在截止區(qū)。乙類功放電路只有采用兩個功放三極管輪流工作才能輸出完整的波形，乙類功放的效率最高可達78.5％。1/12/202337知識2互補對稱功率放大電路選兩只特性相同、類型不同的三極管，使它們工作在乙類放大狀態(tài)，一只負擔正半周信號的放大，另一只負擔負半周信號的放大，在負載上將這兩個輸出波形合在一起，得到一個完整的放大了的波形，這就是互補功率放大電路。1．雙電源互補對稱功率放大電路雙電源互補對稱功率放大電路又稱為無輸出電容功率放大器，簡稱OCL功率放大器。1〕電路根本結(jié)構(gòu)如圖2-22所示，圖中＋VCC與－VCC為正負雙電源〔電壓大小相等，極性相反〕，三極管V1、V2是互補對管，要求兩管的特性參數(shù)根本相同，其中V1為NPN型三極管，V2為PNP三極管，RL為負載。1/12/2023382〕工作原理因為V1、V2是互補對管，靜態(tài)時中點〔A點〕的電位UA=0V。當基極輸入信號ui在正半周時，兩只功率放大器的基極電位升高，使V1正偏導(dǎo)通，V2反偏截止，V1的集電極電流ic1由正向電源＋VCC經(jīng)過V1流向負載RL，這樣RL上得到被放大的正半周信號電流。當基極輸入信號ui負半周時，兩只功率放大管的基極電位下降，使V2正偏導(dǎo)通，V1截止，電流ic2由RL流向V2的發(fā)射極，最后回到－VCC，這樣RL上得到被放大的負半周信號電流?？梢姡谳斎胄盘杣i的整個周期內(nèi)，V1、V2兩管輪流交替地工作，分別放大信號的正、負半周，相互補充，從而在負載上得到完整的信號波形，如圖2-22所示。由于該電路又采用兩個正負電源供電，所以又稱為雙電源互補對稱電路。此時，該電路相當于兩射極輸出器的結(jié)構(gòu)。1/12/202339圖2-22雙電源互補對稱功率放大電路1/12/2023403〕性能指標計算互補對稱功率放大電路的性能指標主要有輸出功率、電源供給功率、管耗及效率等?！?〕輸出功率Po輸出功率是負載RL上的電流與電壓Uo有效值的乘積在RL上的電壓和電流的峰值分別為Ucem和Icm，那么當輸入信號足夠大時，那么Uom可到達最大值VCC－UCES，這時輸出功率也到達最大值，其值為1/12/202341假設(shè)忽略Uces，那么〔2〕直流電源供給功率PV直流電源供給功率是供給管子的直流平均電流ICAV與電源電壓VCC的乘積。相對于正、負電源同一電壓值而言，ICAV相當于單相全波整流電流波形直流成分，即，故1/12/202342〔3〕效率功率放大電路的效率是指輸出功率與電源供給功率之比。在理想情況下，Uom=VCC－UCES≈VCC那么〔4〕晶體管的最大管耗PT(max)電源提供功率一局部轉(zhuǎn)換成信號功率送給負載，另一局部被晶體管的集電極所消耗，轉(zhuǎn)化為熱能而消散，晶體管所消耗功率稱為管耗?？梢宰C明當時，管耗最大，每只管子的最大管耗為1/12/2023434〕功率管的選擇條件功率管的極限參數(shù)有PCM、ICM、U(BR)CEO，應(yīng)滿足以下條件：〔1〕功率管集電極的最大允許功耗PCM≥PT(max)=0.2Pom〔2〕功率管的最大耐壓U(BR)CEO≥2VCC〔3〕功率管的最大集電極電流1/12/2023445〕電路存在的問題與解決方法〔1〕存在的問題分析在對圖2-22所示OCL電路工作原理的討論時，沒有考慮三極管死區(qū)電壓的影響，認為三極管此時為理想工作狀態(tài)。實質(zhì)是由于電路中沒有直流偏置，三極管應(yīng)工作于乙類狀態(tài)。如圖2-23所示，設(shè)輸入信號ui為正弦波，在正負半周RL上得到的電流分別是ic1〔近似等于ie1〕和ic2〔近似等于ie2〕，由于輸入信號要克服死區(qū)電壓才能使三極管導(dǎo)通放大，因此在RL上雖然也能得到一個完整正弦波，但在波形上卻存在著一定的失真。我們把這種出現(xiàn)在輸出波形正負半周交界處的失真，稱為交越失真。1/12/202345圖2-23交越失真波形圖2-24改進后的OCL電路1/12/202346交越失真產(chǎn)生的原因是由于三極管發(fā)射結(jié)死區(qū)電壓的存在〔硅管約為0.6V，鍺管約為0.2V)，輸入信號電壓小于功率放大管死區(qū)電壓時，功率放大管處于截止狀態(tài)，輸出電流為零。只有在輸入信號克服死區(qū)電壓后才能導(dǎo)通，因此輸出波形會產(chǎn)生交越失真。如果音響功率放大器出現(xiàn)交越失真，會使聲音質(zhì)量下降?！?〕消除交越失真方法因為OCL電路工作在乙類工作狀態(tài)，不可防止地存在著交越失真，如果在電路的結(jié)構(gòu)上采取措施那么可以有效克服交越失真。圖2-24所示為改進后的OCL電路。電路中給V2、V3發(fā)射結(jié)加適當?shù)恼蚱珘?，提供一定的靜態(tài)偏置電流，使V2、V3導(dǎo)通時間稍微超過半個周期，即工作在甲乙類狀態(tài)。圖中1/12/202347D1、D2起到提供偏置電壓的作用，靜態(tài)時，三極管V2、V3處于微導(dǎo)通狀態(tài)，這樣就克服了三極管死區(qū)電壓對輸入信號的影響，從而消除了交越失真。2．單電源互補對稱功率放大電路單電源互補對稱功率放大電路又稱為無輸出變壓器功率放大器，簡稱OTL功率放大器。1〕電路結(jié)構(gòu)圖2-25所示為OTL功率放大電路的根本組成電路，PNP管是一對導(dǎo)電類型不同，特性對稱的配對管，采用單電源供電，輸出電容C1一般為大容量的電解電容器。從電路連接方式上看兩管均接成射極輸出電路，工作于乙類狀態(tài)。1/12/2023482〕工作原理由于V1、V2兩管參數(shù)一致，靜態(tài)〔無信號輸入〕時，A點電位和B點電均為電源電壓的一半，此時管子V1和V2的發(fā)射結(jié)電壓UAB=UB－UA=0V，雙管都截止。圖2-25OTL功率放大電路

1/12/202349當基極輸入交流信號ui為正半周時，由于兩功放管基極電壓升高，使NPN型V1導(dǎo)通，PNP型V2反偏截止。電源VCC通過V1向耦合電容C1充電，并在負載RL上輸出正半周波形。當基極輸入交流信號ui為負半周時，由于兩功放管基極電壓下降，V1截止，V2導(dǎo)通，耦合電容C1放電向V2提供電源，并在負載RL上輸出負半周波形。綜上所述可知，功放三極管V1放大輸入信號ui的正半周，功放三極管V2放大輸入信號ui的負半周，兩管輪流交替工作，互相補充，使負載獲得完整的信號波形。1/12/2023503〕輸出功率和效率由于電路采用單電源供電，每個管子的工作電壓不是原來的VCC，而是VCC∕2，所以在計算電路的Pom、Vom、Iom與時，只需將VCC∕2代替OCL電路公式中的VCC即可。4〕實用OTL電路分析圖2-26所示為實用的OTL功率放大電路，它由前置放大電路和功率放大電路組成?！?〕前置放大級該電路屬于工作點穩(wěn)定的分壓式前置放大電路，主要由V1、RP1、R1、R2、R3、C2等元件組成。RP1為上偏置電阻，R1為下偏置電阻，A點的電壓〔VCC/2〕通過RP1與R1分壓后為前置放大管V1提供基極電壓；RP1另一端連接輸入端，因此還起了電壓并聯(lián)負反響的作用，可以穩(wěn)定靜態(tài)工作點和提高輸出信號電壓的穩(wěn)定度；1/12/202351R2是V1管的發(fā)射極電阻，起穩(wěn)定靜態(tài)電流的作用；C2并聯(lián)在R2上起交流旁路的作用，這樣R1只起直流負反饋作用，而無交流負反響，使放大倍數(shù)不會因R2而降低；R3是V1的集電極電阻，可將放大的電流轉(zhuǎn)換為信號電壓，一端加至輸出管V1和V2的基極〔RP2阻值較小，V4動態(tài)電阻很小，因此兩者對信號的流通影響不大〕，另一端通過C4加至V2、V3的發(fā)射極，它為功率放大輸出級提供足夠的推動信號。1/12/202352圖2-26實用的OTL功率放大電路〔2〕功率放大輸出級功率放大輸出級的互補對管是V2和V3，與前置放大級采用直接耦合方式。輸入信號ui經(jīng)V1放大后，在R3上獲得反相的放大信號，該信號加到輸出功放管的輸入端。1/12/202353為了克服交越失真，在兩個互補管的基極之間串接二極管V4和微調(diào)電阻RP2，以提供輸出功放管發(fā)射結(jié)所需的正向偏壓，調(diào)節(jié)RP2可以調(diào)整輸出功放管靜態(tài)工作點，使之有適宜的集電極電流。為了改善輸出波形，電路增加了R4、C4組成的自舉電路。在輸出端電壓向VCC接近時，V2的基極電流較大，在偏置電阻R3上產(chǎn)生壓降，使V2的基極電壓低于電源電壓VCC，因而限制了其發(fā)射極輸出電壓的幅度，使輸出信號頂部出現(xiàn)平頂失真，如圖2-27所示。

圖2-27輸出信號頂部出現(xiàn)平頂失真1/12/202354接入較大電容量的電容C4后，C4上充有上正下負的電壓，可看為一個電源。當輸出端A點電位升高時，C4上端電壓隨之升高，使V2的基極電位升高，基極可獲得高于電源VCC的自舉電壓，即可克服輸出電壓頂部失真的問題。R4將電源VCC與C4隔開，使V2的基極可獲得高于電源電壓VCC的自舉電壓。3．復(fù)合管在功率放大電路的末級，通常要求有比較大的電流放大倍數(shù)和足夠的功率輸出。由于大功率三極管的電流放大倍數(shù)往往較小，在實際應(yīng)用中，常采用放大倍數(shù)大的小功率晶體管和放大倍數(shù)低的大功率晶體管復(fù)合而成，這樣的復(fù)合管具有較大的電流放大倍數(shù)和輸出功率。1/12/2023551〕復(fù)合管的組合方式與特點把兩個或兩個以上的三極管按一定規(guī)律連接起來，等效一個管子使用，即為復(fù)合管。組合成復(fù)合管的原那么是：參與復(fù)合的晶體管各電極上電流都能按各自的正確方向流動。根據(jù)組合原那么，復(fù)合管有四種組合方式，如圖2-28〔a〕、(b)、(c)、(d)所示。組合成復(fù)合管的特點是：第一，復(fù)合管的電流放大倍數(shù)等于兩只參與復(fù)合的晶體管電流放大倍數(shù)β1與β2之積，即β=β1β2；第二，復(fù)合管的導(dǎo)電類型〔NPN或PNP〕取決于參與復(fù)合β1的第一只晶體管〔或稱“前管〞，如圖2-27中V1〕的類型；1/12/202356第三，前一只晶體管的基極作為復(fù)合管的基極，依據(jù)前一只晶體管的發(fā)射極與集電極來確定復(fù)合管的發(fā)射極與集電極。兩管復(fù)合時，前管的集電極與發(fā)射極應(yīng)接在后管的基極與集電極之間，且保證復(fù)合管形式。圖2-28復(fù)合管的四種組合1/12/2023572〕復(fù)合管的應(yīng)用由復(fù)合管組成的OTL功率放大電路如圖2-29所示，三極管V1組成前置放大級，V2與V4管組成NPN型復(fù)合管，V3與V5管組成PNP型復(fù)合管，兩只復(fù)合管作為電路的輸出配對管，由于大功率管V4和V5都是NPN型，因此可選用同型號、性能接近的管子。圖2-29復(fù)合管組成的OTL功率放大電路1/12/2023584．橋式互補對稱功率放大電路

橋式互補對稱功率放大電路，又稱為平衡式無輸出變壓器功放電路，簡稱BTL電路，如圖2-30所示，該電路可獲得更大的輸出功率。在靜態(tài)時，圖中的4只晶體管三極管V1、V2、V3和V4都處于截止狀態(tài)，負載RL上無電流，輸出電壓uo為零。當輸入信號在正半周時，V1、V3管導(dǎo)通工作，V2、V4管截止，電流如圖中實線所示，負載RL上獲得正半周信號；當輸入信號為負半周時，V2、V4管導(dǎo)通工作，V1、V3管截止，電流如圖中虛線所示，負載RL上獲得負半周信號。1/12/202359

BTL電路因在RL上最大的峰值電壓約為2倍的(VCC－UCES)，所以在相同電源電壓情況下，RL上獲得的輸出功率要比OCL功率電路大將近4倍。BTL電路顯著特點是需要4只特性相同的晶體管，而且輸入、輸出均無接地端。圖2-30橋式互補對稱功率放大電路1/12/202360想一想：1．有人說：“在功率放大電路中，輸出功率最大時，功放管的功率損耗也最大。〞這種說法對嗎？設(shè)輸入信號為正弦波，對于工作在甲類的功率放大電路和工作在乙類的互補對稱功率放大電路來說，這兩種電路分別在什么情況下管耗最大？2．簡述OCL功放電路存在的問題及其產(chǎn)生原因，該如何解決？3．圖2-31所示電路為某OTL功放電路的一局部，圖中的R3與C1組成什么電路？如何理解它們在電路中的工作原理?