模擬電子技術(shù)簡明教程-(第三版)第四章-功率放大電路

第4章功率放大電路4.1功率放大電路的特點與基本類型4.2互補對稱式功率放大電路4.3采用復合管的互補對稱式放大電路4.4集成功率放大器第一節(jié)功率放大電路的特點與基本類型率放大電路的特點功率放大電路的基本類型如：擴音系統(tǒng)實際負載

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。一、功率放大電路的特點功率放大電壓放大信號提?。?）輸出功率Po盡可能大(2)電源提供的能量應盡可能多地轉(zhuǎn)換給負載，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:負載上得到的交流信號功率。PE：電源提供的直流功率。（3）功放電路中電流、電壓比較大。必須注意電路參數(shù)不能超過晶體管的極限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce(4)電流、電壓信號比較大，必須注意防止波形失真。（6）功放電路中應考慮器件的過熱、過流、過壓、散熱等一系列問題，并要有適當?shù)谋Ｗo措施。(5)電路工作于大信號狀態(tài)，功放管的非線性不可忽略，宜采用圖解分析法。(7)晶體管工作于乙類或甲乙類方式ICUCEOQiCtO甲類工作狀態(tài)晶體管在輸入信號的整個周期都導通靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO乙類工作狀態(tài)晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導通，靜態(tài)IC=0，波形嚴重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。（1）變壓器耦合功率放大電路--乙類推挽電路

信號的正半周T1導通、T2截止；負半周T2導通、T1截止。

兩只管子交替工作，稱為“推挽”。設β為常量，則負載上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。二、功放電路的基本類型（2）OTL電路

（OutputTrasformerless)輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充電。輸入電壓的負半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放電。需要大電容（幾千微法），大電容特性不穩(wěn)定，電路低頻特性差，不易集成。因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用OTL電路。（3）OCL電路(OutputCapacitorless)輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→RL→地輸入電壓的負半周：

地→RL→T2→－VCC兩只管子交替導通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。靜態(tài)時，UEQ＝UBQ＝0。（4）BTL電路(BalancedTransformerless)

輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→

RL→T4→地輸入電壓的負半周：＋VCC→T2→

RL→T3→地①是雙端輸入、雙端輸出形式，輸入信號、負載電阻均無接地點。②管子多，損耗大，使效率低。幾種電路的比較

變壓器耦合乙類推挽：單電源供電，笨重，效率低，高、低頻特性差。OTL電路：單電源供電，低頻特性差。OCL電路：雙電源供電，效率高，低頻特性好。BTL電路：單電源供電，低頻特性好；雙端輸入雙端輸出，管子多、損耗大，效率低。第二節(jié)互補對稱式功率放大電路OCL電路主要參數(shù)估算OTL電路主要參數(shù)估算OTL電路結(jié)構(gòu)與工作原理OCL電路結(jié)構(gòu)與工作原理1.電路組成R1

和R2確定放大電路的靜態(tài)電位。2

VCC調(diào)整R1

和

R2的值，使靜態(tài)時兩管的發(fā)射極電位為2

VCC電容C2兩端的電壓也等于動態(tài)時電容兩端的電壓保持0.5VCC的數(shù)值基本不變。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+一、OTL電路結(jié)構(gòu)與工作原理（OutputTrasformerless)2、工作原理（設ui為正弦波）ic1ic2

靜態(tài)時：ui=0V

ic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V動態(tài)時：ui

0VT1截止，T2導通ui>0VT1導通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個管子交替工作，在負載上得到完整的正弦波C2uoLRVCCuiC1R1R2iL=iC1–iC2輸入輸出波形圖uiuouT2uT1交越失真死區(qū)電壓C2uoLRVCCuiC1R1R2存在交越失真，該電路稱為：OTL乙類互補對稱電路需要改進R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+改進：iC1iC2iLiB1iB2R

、VD1和VD2為兩管提供了靜態(tài)基極電流IB1和IB2避免了ui較小時兩管同時截止減小了交越失真。iC1

和

iC2不為零，靜態(tài)時為零Ub1b2=UBE1+UBE2≠0OtiC1OtiC2OtiL改進的OTL互補對稱電路的波形圖OtuiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL信號波形圖OTL甲乙類R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+OTL電路有兩類OTL乙類OTL甲乙類存在交越失真需要大電容（幾千微法），大電容特性不穩(wěn)定，電路低頻特性差，不易集成。OCL電路存在的問題：

靜態(tài)時

UCE1=+VCC,UCE2=–

VCCOCL甲乙類互補對稱輸出級-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL二.OCL電路結(jié)構(gòu)與工作原理（OutputCapacitorless）OCL電路省去了大電容，既改善了低頻響應，又有利于實現(xiàn)集成化，應用更為廣泛。OCL電路存在的主要問題：兩個三極管的發(fā)射極直接連到負載電阻上，如果靜態(tài)工作點失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，將造成一個較大的電流長時間流過負載，可能造成電路損壞。為了防止出現(xiàn)此種情況，實際使用的電路中，常常在負載回路接入熔斷絲作為保護措施。三、OCL電路主要參數(shù)估算最大不失真Ucem=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUcem-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLui>0時工作點沿QA上移。ui<0時工作點沿QB下移。Icm1Icm2若VT1、VT2對稱Ucem=VCC

–

UCES

Pom≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2（1）最大輸出功率當滿足條件UCES<<VCC時PV

=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCPomPVη=≈=78.5%4π（2）效率當輸出最大功率時，放大電路的效率等于最大輸出功率Pom與直流電源提供的功率PV之比。當忽略飽和管壓降UCES時，OCL乙類和甲乙類互補對稱電路的效率為如果考慮三極管的飽和管壓降UCES，則OCL乙類和甲乙類互補對稱電路的效率將低于此值。Pom≈2RLV2CC（3）功率三極管的極限參數(shù)在OCL互補對稱電路中，流過三極管的最大集電極電流為：▼集電極最大允許電流ICM因此選擇功率三極管時，其集電極最大允許電流應為：-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLR2R1uiVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLVCCVCC▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO兩個三極管的集電極電壓之和等于2VCC，即或R2R1uiVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLVCCVCC▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO當VT2導通，VT1截止，此時VT1的集電極承受反向電壓。當VT2飽和時，VT1集電極反向電壓達到最大：因此，功率三極管的集電極最大允許反向電壓應為當忽略三極管的管壓降時，PTm=0.2Pom

在OCL互補對稱電路中，直流電源提供的功率PV，一部分轉(zhuǎn)換成輸出功率Po傳送給負載，另一部分則消耗在三極管內(nèi)部，成為三極管的耗散功率PT

，使管子發(fā)熱。▼集電極最大允許耗散功率PCM當集電極輸出電壓的峰值UOM

≈0.6

VCC時，三極管的功率損耗達到最大，即PT=

PTm

。此時，每個三極管的最大管耗為:因此，在選擇功率三極管時應滿足，PCM>0.2Pom

Pom≈2RLV2CCPCM>0.2PomOCL電路主要參數(shù)估算小結(jié)：（1）最大輸出功率Pom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)22RL≈V2CC（2）效率PomPVη=≈=78.5%4π（3）功率三極管的極限參數(shù)PCM>0.2PomUcem=–

2VCCUCES若VT1、VT2對稱四、OTL電路主要參數(shù)估算R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+2-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBIcm1Icm2Ucem1UCESVCC交流負載線2RLVCCPom=UcemIcm=2121RLU2cemPom≈81RLV2CCPV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0PomPvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π21RL(VCC/2–UCES)2=若滿足UCES

<<2VCC2πRLV2CC≈πVCCIcm=（1）最大輸出功率（2）效率（3）功率三極管的極限參數(shù)▼集電極最大允許電流ICM▼集電極最大允許反向電壓U(BR)CEOPTm=0.2Pom

▼集電極最大允許耗散功率PCMPCM>0.2Pom

第三節(jié)采用復合管的互補對稱式放大電路復合管的接法及其β和rbe復合管組成的互補對稱放大電路一、復合管的接法及其β和rbe復合管可由兩個或兩個以上的三極管組合而成。它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。無論由相同或不同類型的三極管組成復合管時，首先，在前后兩個三極管的連接關(guān)系上，應保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流的實際方向一致。其次，外加電壓的極性應保證前后兩個三極管均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。復合管組成原則：電流方向一致，電壓極性正確rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2iC1iC2iE1=iB2iEiCiBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1與NPN型三極管等效VT1VT2bec相同類型三極管組成的復合管ic1=iB2iE2iB1iBic2iCiE1iEΔiC=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與NPN型三極管等效（類型與前級管同）ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1ΔiC2=β1β2ΔiB1VT2VT1bec不同類型三極管組成的復合管rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2與PNP型三極管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與PNP型三極管等效iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec二、復合管組成的互補對稱放大電路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4VT3、VT4很難互補對稱VT3、VT4可實現(xiàn)互補對稱VT1VT2+VCC-VCCuiRLuORR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2第四節(jié)集成功率放大器集成功率放大器的電路組成集成功率放大器的主要技術(shù)指標集成功率放大器的引腳和典型接法概述目前，利用集成電路工藝已經(jīng)能夠生產(chǎn)出品種繁多的集成功率放大器。集成功放除了具有一般集成電路的共同特點外，還有一些突出的優(yōu)點，主要有溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小等，還可以將各種保護電路也集成在芯片內(nèi)部，使用更加安全。集成功放從用途劃分，有通用型功放和專用型功放。從芯片內(nèi)部的構(gòu)成劃分，有單通道功放和雙通道功放。從輸出功率劃分，有小功率功放和大功率功放。一、概述集成功率放大器與一般集成運算放大器的主要區(qū)別在于要求其能輸出更大的功率。為了達到這個要求，集成功放的輸出級常常采用復合管組成。另外，通常要求更高的直流電源電壓。對輸出功率比較高的集成功放，有時要求其外殼裝散熱片。因集成工藝的限制，集成功放中的某些元件要求外接。有時為了使用方便而有意識地留出若干引線端，允許用戶外接元件以靈活地調(diào)節(jié)某些技術(shù)指標。二、集成功率放大器的電路組成82716354R3R2R1R4R5R7R615kΩ15kΩ50kΩ1.35kΩ150Ω15kΩ50kΩVT1VT2VT3VD1VT10VT4VT5VT7VT8VT6VT9VD2輸入級為雙端輸入、單端輸出差分放大電路鏡像電流源中間級引入一個電壓串聯(lián)負反饋，減小非線性失真。三、集成功率放大器的主要技術(shù)指標參數(shù)測試條件最小典型最大單位工作電源電壓（V+）LM386N-1,-3，LM386M-1LM386N-4451218VV靜態(tài)電流（IQ）V+=6V,Ui=048mA輸出功率（PO）LM386N-1，LM386M-1LM386N-3LM386N-4V+=6V,RL=8Ω,THD=10%V+=9V,RL=8Ω,THD=10%V+=16V,RL=32Ω,THD=10%2505007003257001000mWmWmW電壓增益（Au

）V+=6V,f

=1kHz引腳1、8間接