功率放大電路

1例：擴(kuò)音系統(tǒng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)功率放大器的作用：

用作放大電路的輸出級(jí)，以驅(qū)動(dòng)執(zhí)行機(jī)構(gòu)。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。功率放大電壓放大信號(hào)提取第9章功率放大器2第9章功率放大器9.1功率放大器概述-技術(shù)參數(shù)、分類9.2互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路（重點(diǎn)）-乙類雙電源互補(bǔ)功放電路的結(jié)構(gòu)、工作原理、計(jì)算9.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路9.4集成功率放大器*（選學(xué)）9.5功率器件-散熱問(wèn)題，功率器件的選擇3§9.1概述

一、功率放大器與電壓放大器的區(qū)別電壓放大電路的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)，主要技術(shù)指標(biāo)是電壓放大倍數(shù)、輸入和輸出阻抗。功率放大電路主要要求獲得一定的不失真（或失真較?。┑妮敵龉β?，通常是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，因此，功率放大電路包含著一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過(guò)的特殊問(wèn)題。性能指標(biāo)主要有：最大輸出功率、效率等。41、要求輸出功率盡可能大2、效率要高3、非線性失真要小4、散熱、過(guò)載保護(hù)能力要強(qiáng)對(duì)功率放大器的要求：效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率與電源供給的直流功率的比值。5二、功率放大器的分類在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，都有電流流過(guò)三極管，這種工作方式通常稱為甲類放大。在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周期以上，三極管的iC>0，稱為甲乙類放大。在輸入正弦信號(hào)的一個(gè)周期內(nèi)，有半個(gè)周期，三極管的iC>0，稱為乙類放大。6幾類功放的特點(diǎn)：甲類：θ=2π，靜態(tài)電流大于零，管耗大，效率低。理想情況下，η也只能達(dá)到50%。故僅適用于小信號(hào)放大和驅(qū)動(dòng)電路乙類：

θ=π，靜態(tài)電流等于零，效率高；理想情況下，η可達(dá)78.5%；但由于波形的一半被削去，失真嚴(yán)重，因此需要兩只功率管輪流工作。甲乙類：π<θ<2π

，靜態(tài)電流很小，可提高效率（相對(duì)甲類），且能避免乙類功放的交越失真現(xiàn)象。7工作在乙類的放大電路，雖然管耗小，有利于提高效率，但存在嚴(yán)重的失真，使得輸入信號(hào)的半個(gè)波形被消掉了。矛盾如果使用兩個(gè)管子交替工作，將輸出波形合在一起，既可以提高效率，又可得到完整的輸出波形?；パa(bǔ)電路解決了乙類放大電路中效率與失真的矛盾§9.2互補(bǔ)對(duì)稱功放大電路8OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型：

互補(bǔ)對(duì)稱功放的類型無(wú)輸出變壓器形式（OTL電路）無(wú)輸出電容形式（OCL電路）9互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。對(duì)稱電源：+VCC，-VCC

組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLNPN型PNP型一、乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放的電路101、工作原理（設(shè)ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時(shí)：ui=0VT1、T2均不工作

uo=0V動(dòng)態(tài)時(shí)：ui

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

;ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLiL=ic2注意：T1、T2兩個(gè)晶體管都只在半個(gè)周期內(nèi)工作的方式。11若忽略VCES,則

2.功率和效率的估算1）輸出功率Po

ui-VCCT1T2uo+VCCRLiLVomax12

2）直流電流提供的功率PV

3）效率

tic12134）管耗PT

即當(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

當(dāng)14由前面知識(shí)點(diǎn)的分析可知，若想得到最大輸出功率，又要使功率BJT安全工作，BJT的參數(shù)必須滿足下列條件：（1）每只BJT的最大管耗PT1max≈0.2Pomax

必須小于BJT的最大允許管耗PCM；（2）通過(guò)BJT的最大集電極電流為iC1max=Vommax/RL≈

VCC/RL，所選BJT的ICM一般不應(yīng)低于此值。（3）考慮到當(dāng)T2導(dǎo)通且輸出電壓達(dá)到負(fù)向最大值時(shí)，-vCE2=VCES≈0，此時(shí)vCE1具有最大值，且等于2VCC，因此，應(yīng)選用反向擊穿電壓|V(BR)CEO|>2VCC的管子。15vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLvivovov’o′交越失真死區(qū)電壓二、交越失真16vi-VCCT1T2vo+VCCRLiL(1)靜態(tài)電流

ICQ、IBQ等于零；(2)每管導(dǎo)通時(shí)間等于半個(gè)周期；(3)存在交越失真。乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的特點(diǎn)：17一、甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路

乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放存在交越失真。所以通常采用甲乙類雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放§9.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路

為了消除交越失真，對(duì)兩只互補(bǔ)BJT設(shè)置較低的靜態(tài)工作點(diǎn)，使它們工作在微導(dǎo)通狀態(tài)。

在工程估算時(shí)，可以忽略微導(dǎo)通情況下的靜態(tài)電流，完全按乙類低頻功放分析、推導(dǎo)其計(jì)算公式。181.克服交越失真的措施：R1D1D2R2

靜態(tài)時(shí):

T1、T2兩管發(fā)射結(jié)電位分別為二極管D1、D2的正向?qū)▔航?，致使兩管均處于微弱?dǎo)通狀態(tài)；動(dòng)態(tài)時(shí)：設(shè)ui加入正弦信號(hào)。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)。+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2電路中增加R1、D1、D2、R2支路19vB1tVTtiBIBQ波形關(guān)系：ICQiCvBEiBib特點(diǎn)：存在較小的靜態(tài)電流ICQ、IBQ。每管導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期，基本不失真。iCQuceUＣC/REＶＣCIBQ20+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2BER1R2IBR1D1D2R2+VＣC-ＶＣCＶｏviiLRLT1T2為更好地和T1、T2兩發(fā)射結(jié)電位配合，克服交越失真電路中的D1、D2兩二極管可以用UBE電壓倍增電路替代。2、VBE擴(kuò)展電路21B1B2+-BER1R2VIBI

合理選擇R1、R2大小，B1、B2間便可得到VBE任意倍數(shù)的電壓。

圖中B1、B2分別接T1、T2的基極。假設(shè)I>>IB，則22增加復(fù)合管的目的：擴(kuò)大電流的驅(qū)動(dòng)能力。cbeT1T2ibicbecibic1

2晶體管的類型由復(fù)合管中的第一支管子決定。cbeT1T2ibicbecibic復(fù)合NPN型復(fù)合PNP型二、復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器NPN一般是硅管,PNP一般是鍺管,而硅管的功率一般較大.23改進(jìn)后的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)輸出功放電路：

T1：電壓推動(dòng)級(jí)

T2、R1、R2：

VBE擴(kuò)展電路

T3、T4、T5、T6：復(fù)合管構(gòu)成的輸出級(jí)準(zhǔn)互補(bǔ)

輸出級(jí)中的T4、T6均為NPN型晶體管，兩者特性容易對(duì)稱。+VCC-VCCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T624D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARe1Re2調(diào)節(jié)R,使靜態(tài)UA=0.5UCCD1

、D2使b1和b2之間的電位差等于2個(gè)二極管正向壓降，克服交越失真Re1

、Re2：射極負(fù)反饋電阻，也起限流保護(hù)作用b1b2三、甲乙類單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路

+vi負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)通，C充電；vi正半周時(shí)，C放電使T2工作，充當(dāng)電源作用只要選擇時(shí)間常數(shù)RLC足夠大（比信號(hào)的最長(zhǎng)周期還大得多），就可以認(rèn)為用電容C和一個(gè)電源VCC可代替原來(lái)的+VCC和-VCC兩個(gè)電源的作用。25靜態(tài)時(shí)，通常A點(diǎn)電位VA=VC=VCC/2。為了穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，常將A點(diǎn)通過(guò)電阻分壓器與T3的輸入端相連，引入負(fù)反饋。例如，若由于溫度變化使VA變VA↓→VB3↓→IC3↓→D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCIRC↓VB1↑VA↑電路改進(jìn)26D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARC，因而iB1增加，由于Rc上的壓降和vBE1的存在，當(dāng)A點(diǎn)電位向+VCC接近時(shí)，T1的基流將受限制而不能增加很多，因而也就限制了T1輸向負(fù)載的電流，使RL兩端得不到足夠的電壓變化量，致使Vom明顯小于VCC/2。四、自舉電路＋－＋實(shí)際上，圖輸出電壓幅值達(dá)不到Vomax=VCC/2因?yàn)楫?dāng)vi為負(fù)半周時(shí)，T1導(dǎo)電27當(dāng)vI=0時(shí)，vD=VD=VCC-Ic3R3

，而vA=VA=VCC/2，因此電容C3兩端電壓被充電到VC3=VCC/2-Ic3R3。D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCC3DR3當(dāng)時(shí)間常數(shù)R3C3足夠大時(shí)，vC3（電容C3兩端電壓）將基本為常數(shù)（vC3≈VC3），不隨vi而改變。28D1D2vi+VCCRLT1T2T3CRARCC3DR3隨著A點(diǎn)電位升高，D點(diǎn)電位vD也自動(dòng)升高。因而，即使輸出電壓幅度升得很高，也有足夠的電流iB1，使T1充分導(dǎo)電。這種工作方式稱為自舉，當(dāng)vi為負(fù)時(shí)，T1導(dǎo)電，vA將由VCC/2向更正方向變化vD=vC3+vA=VC3+vAVomax=VCC/2iB129

圖TDA2030(集成低頻功率放大器）引腳排列及功能§9.4集成功率放大器件30這里介紹一個(gè)實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路。其中主要環(huán)節(jié)有：(1)恒流源式差動(dòng)放大輸入級(jí)（T1、T2、T3）；(2)偏置電路（R1、D1、D2）；(3)恒流源負(fù)載（T5）；(4)OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放輸出級(jí)（T7、T8、T9、T10）；(5)負(fù)反饋電路（Rf、C1、Rb2構(gòu)成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋）；(6)共射放大級(jí)（T4）；(7)校正環(huán)節(jié)（C5、R4）；(8)UBE倍增電路（T6、R2、R3）；(9)調(diào)整輸出級(jí)工作點(diǎn)元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。31+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差動(dòng)放大級(jí)反饋級(jí)偏置電路共射放大級(jí)UBE倍增電路恒流源負(fù)載準(zhǔn)互補(bǔ)功放級(jí)保險(xiǎn)管負(fù)載實(shí)用的OCL準(zhǔn)互補(bǔ)功放電路：RC低通32特點(diǎn)：工作可靠、使用方便。只需在器件外部適當(dāng)連線，即可向負(fù)載提供一定的功率。集成功放LM384：生產(chǎn)廠家：美國(guó)半導(dǎo)體器件公司電路形式：OTL輸出功率：8負(fù)載上可得到5W功率電源電壓：最大為28V33集成功放LM384管腳說(shuō)明:)123456789101112131414--

電源端（Vcc）3、4、5、7--

接地端（GND）10、11、12--

接地端（GND）2、6--

輸入端（一般2腳接地）

8--

輸出端（經(jīng)500電容接負(fù)載）1--

接旁路電容（5）9、13--

空腳（NC）34集成功放LM384外部電路典型接法：調(diào)節(jié)音量電源濾波電容外接旁路電容低通濾波,去除高頻噪聲輸入信號(hào)輸出耦合大電容500-+0.12.78146215Vccui835

功率放大器應(yīng)用中的幾個(gè)問(wèn)題

為了保護(hù)功放電路尤其是其中功放管的安全，在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，要充分注意以下方面的問(wèn)題。

1.功放管散熱問(wèn)題