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和分類5.2互補對稱功率放大電路5.3集成功率放大器5.4實訓(xùn)本章要求：1.理解低頻功率放大電路的特點、要求和分類2.掌握互補對稱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實用的放大電路通常含有三部分：輸入級、中間級、輸出級，其任務(wù)各不相同。一般的說，輸入級與信號源相連，因此要求輸入級的輸入電阻大，噪聲低，共模抑制能力強，阻抗匹配等；中間級主要完成電壓放大任務(wù)，以輸出足夠大的電壓；輸出級主要向負載提供足夠大的功率，以便驅(qū)動功率型負載，如音響放大器中的揚聲器、電視機顯像管和計算機監(jiān)視器。5.1功率放大電路的特點和分類1.電路特點功率放大電路作為放大電路的輸出級，具有以下幾個特點：由于功率放大電路的主要任務(wù)是向負載提供一定的功率，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，因此輸出信號存在一定程度的失真；(3)功率放大電路在輸出功率的同時，三極管消耗的能量亦較大，因此，不可忽視管耗問題。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根據(jù)電路中功率三極管靜態(tài)工作點設(shè)置的不同，如圖5-1所示，功率放大電路可分成甲類、乙類和甲乙類等。圖5-1(1)甲類放大電路的工作點設(shè)置在放大區(qū)的中間，這種電路的優(yōu)點是在輸入信號的整個周期內(nèi)三極管都處于導(dǎo)通狀態(tài)，輸出信號失真較?。ㄇ懊嬗懻摰碾妷悍糯笃鞫脊ぷ髟谶@種狀態(tài)），缺點是放大電路不論有無信號，始終有較大的靜態(tài)工作電流

，這時管耗

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

，所以能量轉(zhuǎn)換效率高，它的缺點是只能對半個周期的輸入信號進行放大，非線性失真大。(3)甲乙類放大電路的工作點設(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放大電路的失真問題，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OCL基本互補對稱功率放大電路5.2互補對稱功率放大電路1.電路組成及工作原理圖5-2是雙電源乙類互補對稱功率放大電路。這類電路又稱無輸出電容的功率放大電路，簡稱OCL電路。VT1和VT2分別為NPN型管和PNP型管，兩管參數(shù)對稱。圖5-2(1)靜態(tài)分析當(dāng)輸入信號

時，兩三極管都工作在截止區(qū)，此時IBQ

、ICQ

、IEQ

均為零，負載上無電流通過，輸出電壓u0

=0(2)動態(tài)分析當(dāng)輸入信號處于正半周時，三極管V1導(dǎo)通，V2截止，有電流通過負載RL

；而當(dāng)輸入信號處于負半周時，V1截止，V2放大，仍有電流流過負載RL

。該電路實現(xiàn)了在靜態(tài)時管子不取電流，而在有信號時，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“推”，一個“挽”，互相補充，故這類電路又稱為互補對稱推挽電路。

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兩個電源各提供半個周期的電流，其峰值為Iom

=

Uom/RL故每個電源提供的平均電流為因此兩個電源提供的功率為(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，輸出最大功率時的效率，也是最大效率。實際上，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三極管上的功率可求得當(dāng)時，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OCL基本互補對稱功率放大電路雙電源互補對稱功率放大電路由于靜態(tài)時兩管的發(fā)射極是零電位，所以負載可直接連接，不需要耦合電容，故也稱為OCL（無輸出電容器OutputCapacitorless）電路。與OCL電路相比，OTL電路的優(yōu)點是少用一個電源，故使用方便，缺點是由于電容

在低頻時的容抗可能比

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，兩個電路基本相同，需要特別指出的是，在OTL電路中的每個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，目前使用越來越廣泛。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)幾個典型的集成功放電路，對于應(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時小于1%）；(4)開環(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LM1875的典型應(yīng)用電路。輸入信號

由同相端輸入，R1

、R2

、C2

構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負反饋，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)成揚聲器補償網(wǎng)絡(luò)，可吸收揚聲器的反電動勢，防止電路振蕩。圖5-9(2)單電源（OTL）應(yīng)用電路對僅有一組電源的中、小型錄音機的音響系統(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點電位為UCC/2，經(jīng)

加至同相輸入端。在靜態(tài)時,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是美國國家半導(dǎo)體公司生產(chǎn)的音頻功率放大器，主要應(yīng)用于低電壓消費類產(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，同時輸出端被自動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。