功放電路管理分析及項目管理知識分析

項目九

功率放大電路及應用9.2

集成功放及其應用9.1

功率放大電路

電壓放大電路均屬小信號放大電路，它們主要用于增強信號的

電壓或電流的幅度

。實際上，很多電子設備的輸出要帶動一定的負載，如：驅(qū)動揚聲器，使之發(fā)出聲音；驅(qū)動電表，使其指針偏轉(zhuǎn)；控制電機工作等，這就要求放大電路要向負載提供足夠大的信號功率。能輸出信號功率足夠大的電路就是功率放大電路，簡稱功放。

功率放大電路的任務及功放管的特點9.1

功率放大電路輸出足夠大的信號功率，即不但要輸出大的信號電壓，還要輸出大的信號電流，以滿足負載正常工作的要求。1

、功率放大電路的任務：

電子設備中的放大器一般由前置放大器和功率放大器組成，如圖

9.2

所示。前置放大器的主要任務是

不失真地提高輸入信號的電壓或電流的幅度

，而功率放大器的任務是

在信號失真允許的范圍內(nèi)，盡可能圖

9.2

放大器組成方框圖

擔任功率放大的晶體管習慣上稱為功放管

，一般由晶體三極管來擔任，近些年來，隨著場效應管制造工藝的提高，許多功放管已經(jīng)被場效應管所取代，因為場效應管不需要太大的驅(qū)動功率。在電路中，功放管都工作在接近于管子參數(shù)的極限狀態(tài)，

故選擇功放管時要注意不要超過管子的極限參數(shù)，并且要留有一定的余量，同時要考慮在電路中采取必要的過流保護、過壓保護措施，還要解決好管子的散熱問題。

在電路中，廣泛使用復合管作為功放管。

2

、功放電路的主要指標1)

輸出功率盡可能大

功放電路根據(jù)負載要求向負載提供的有用信號功率。一般對功率放大器都用最大輸出功率來衡量它的放大能力。

最大輸出功率是指在輸入信號為正弦波時，電路的輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真指標時，

放大器的最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積

。2)

效率要高直流電源功率

P

E

=

交流輸出功率

100%=

P

O

100%

放大電路提供給負載的功率是由直流電源提供的。放大電路的效率定義為

放大電路輸出給負載的交流功率與直流電源所提供的功率之比

：

當直流電源所提供的功率一定時，為了向負載提供盡可能大的信號功率，則必須減少功率放大電路自身的損耗。3)

非線性失真要小

由于在功率放大電路中，三極管的工作點在大范圍內(nèi)變動，輸出波形的非線性失真比小信號放大電路要嚴重得多。在實際的功率放大電路中，應根據(jù)負載的要求來規(guī)定允許的信號失真范圍。

功放電路中直流電源提供的功率除了供給負載外，其它部分主要被

功放管所消耗，這部分功率稱為管耗：4

）管耗：3

．使用功放管需要注意的幾個問題

功放管的作用是把直流電源的能量按照輸入信號的變化規(guī)律傳送給負載。電路工作在大信號情況下，功放管的管耗較大，必需考慮其散熱問題。又由于功放管處于大電流、高電壓狀態(tài)，故需考慮其安全和保護問題。當結(jié)溫超過允許值時（硅管約

150oC

，鍺管約

100

o

C

），晶體管將會損壞。為了使放大器能輸出大的功率且功放管又不致?lián)p壞，

需給功放管安裝散熱片，以散發(fā)集電極產(chǎn)生的熱量，必要時還需要采用風冷、水冷、油冷等方法來進行散熱。（

1

）功放管的散熱問題

功放管的集電極損耗導致管子發(fā)熱，結(jié)溫上升。

為了確保功放管的安全使用，在設計電路時，

應使管子工作于其伏安特性的安全區(qū)內(nèi)，盡量減少電路產(chǎn)生過壓和過流的可能性

。其次要采取適當?shù)倪^壓保護和過流保護電路。為了防止感性負載使電路產(chǎn)生過壓或過流，可在感性負載的兩端并聯(lián)阻容網(wǎng)絡。（

2

）功放管的安全使用

功率放大電路按照功放管靜態(tài)工作點的不同，可分為

甲類、乙類和甲乙類

，在高頻功放中還有丙類和丁類之分。

功放電路的類型1.

按照功放管靜態(tài)工作點分類

甲類功放的

三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)的中間，所以在輸入信號的整個周期內(nèi)，管子中都有電流流過

。甲類放大電路的優(yōu)點是失真小，缺點是管耗大，效率低，

它主要用于小功率放大電路中

。電壓放大電路由于信號比較小，實際上都工作在甲類放大狀態(tài)。

乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)與截止區(qū)的交線上，在輸入信號的一個周期內(nèi)，管子只在半個周期內(nèi)有電流流過

，顯然，乙類放大電路需要兩個管子分別對信號的正負半周進行放大，才能完成對信號的放大。

甲乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在靠近截止線的放大區(qū)內(nèi)，在信號的一個周期內(nèi)，管子有半個多周期內(nèi)有電流流過

，顯然，甲乙類放大電路也需要兩個管子才能完成對信號的放大。i

Ci

C

I

B

=

0u

CEQ0t

02)

乙類工作狀態(tài)3)

甲乙類工作狀態(tài)三種功放的工作狀態(tài)

1)

甲類工作狀態(tài)ti

Ci

C

Qu

CE00I

B

=

0i

Ci

CQ0t

0

I

B

=

0u

CE

t

t

t

i

CI

CQ

O

i

CI

CQ

O

i

C

I

CQ

O

I

cM

2

I

cM

2

I

cM

2

三種功放的工作狀態(tài)

甲類工作狀態(tài)

(

=

2

)

失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，

效率低。

乙類工作狀態(tài)

(

=

)

失真大，靜態(tài)電流為零

，管耗小，

效率高。

甲乙類工作狀態(tài)

(

<

<

2

)

失真大，靜態(tài)電流小

，管耗小，

效率較高。Qu

CEi

Ct

OOQQ

甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。

乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零

，管耗小，效率高

。甲乙類工作狀態(tài)失真大，

靜態(tài)電流小

，管耗小，效率較高。三種功放的工作狀態(tài)

i

C2.

按功放電路中輸出信號與負載的耦合方式分類按功放電路中輸出信號與負載的耦合方式，可分成

變壓器耦合功放電路、

OTL

功放電路、

OCL

功放電路和

BTL

電路

等。傳統(tǒng)的功率放大電路常常采用變壓器耦合方式的功率放大電路。圖

9.5

所示為一個典型的變壓器耦合功率放大電路的原理圖及工作波形圖。在圖中

T

1為輸入變壓器，

T

2

為輸出變壓器，當輸入電壓

u

i

為正半周時，

VT

1

導通，

VT

2

截止；當輸入電壓

u

i

為負半周時，

VT

2

導通，

VT

1

截止。兩個三極管的集電極電流

i

c1

和

i

c2

均只有半個正弦波，但通過輸出變壓器T

2

耦合到負載上，負載電流

i

L

和輸出電壓

u

o

則基本上是正弦波。（

1

）變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路功率放大電路采用變壓器耦合方式的主要優(yōu)點1

、便于實現(xiàn)阻抗匹配，有利于信號的最大傳輸3

、變壓器體積龐大，比較笨重，消耗有色金屬。2

、低頻和高頻特性不好，在引入負反饋時還容易產(chǎn)生自激，所以除了對頻率特性要求不高的電路外，一般都不采用這種功放電路。如下圖所示為

OCL

乙類互補對稱功率放大電路，它采用正、負雙電源供電，

VT

1

、

VT

2

為兩個特性相同的異型三極管。（

2

）

OCL

互補對稱式功率放大電路i

Ci

COQI

cMU

ceM

u

CEV

CC

I

Ct

O

OCL功率放大電路分析一

OCL

功率放大電路的引出甲類共射放大電路R

b

R

eC

1

+

+

u

i

-u

o

+V

CC

C

2+

+

R

L

-u

sR

S

+

-一

OCL

功率放大電路的引出射極跟隨器

作功率輸出級輸出電阻小

，

負載能力強

但由于

R

e

的存在，

它的靜態(tài)電流較大，

電路效率仍然較低。

甲類

共集

放大電路為了

提高效率

，必須

使

電路的

靜態(tài)損耗為0

，即

I

B

=0

，

I

C

=0

，且采用兩個

極性相反

的

射極跟隨器

組成

乙類

互補

功率放大電路一

OCL

功率放大電路的引出乙類共集放大電路波形失真嚴重1.

電路特點

1）

雙電源

V

cc

供電；

2）

T1

和

T2

特性一致；

3）

靜態(tài)時，

V

B

=

V

E

=0

電路處于乙類工作狀態(tài)

4）

T1

和

T2

互補工作，

輸入、輸出雙向跟隨信號過零時出現(xiàn)交越失真

T

1T

2

+u

i

+u

o

V

CC+V

CC

i

C1

R

L

i

C1二

OCL

電路

的組成與工作原理

(

OCL

—

O

utput

C

apacitor

l

ess

)i

Bi

B1o

o

i

B2

ot

1t

2

t

3t

1

t

2

t

3

t

4t

4

tu

BE2

u

BE2u

BE1

u

BE1交越失真死區(qū)

當

t

輸入電壓小于死區(qū)電壓時，

三極管截止，

引起

交越失真

二

OCL

電路

的組成與工作原理2.

電路存在的問題＋U

CES－＋U

oM－

三

OCL

電路的輸出功率與效率

大信號－圖解法動態(tài)分析

NPN

-U

o

MI

cm

V

cc

－

U

CES

V

cc

－

U

CES

+U

o

M

PNP

+u

i

+u

oM

T

1

T

2+V

CC

V

CC

+U

CES

-

R

L1.

最大不失真輸出功率

輸出電壓

峰值輸出電壓最大峰值三

OCL

電路的輸出功率與效率三

OCL

電路的輸出功率與效率2.

電源功率

P

DC

+u

i

+u

oM

T

1

T

2+V

CC

V

CC

+U

CES

-

R

L

理想情況

（忽略

U

CES

）

下，乙類工作狀態(tài)的

最大效率三

OCL

電路的輸出功率與效率

3.

效率

+u

i

+u

oM

T

1

T

2

V

CC

+V

CC

+U

CES

-

R

L即：0PU

OMP

oP

T

+u

i

T

1

T

2

+V

CC

+

U

CES

-

+

R

L

u

oM

V

CC

P

DC三

OCL

電路的輸出功率與效率

4.

功放管的最大管耗

令：

則：

時管耗最大I

CM

>

V

CC

/

R

L

T

1T

2

+R

L

u

o

V

CC2

V

CC

-

U

CES+V

CC

U

CES三

OCL

電路的輸出功率與效率

5.

選擇功放管的原則

三個極限參數(shù)的選擇

P

CM

>

0.2

P

om

+

u

i

U

(BR)CEO

>

2

V

CC

例

1

：

已知：

V

CC

=

24

V

，

R

L

=

8

，忽略

U

CES

求

P

om

以及此時的

P

DC

、

P

T1

，

并選管。u

i

L[解]

P

DC

=

2

V

2CC

/

R

L

=

45.9

(W)

=

4.9

(W)U

(BR)CEO

>

48

VI

CM

>

24

/

8

=

3

(A)

+V

CC

選功率

T

管：

1

+

U

CEP

CM

+

=

10

15

W

-

+U

(BR)CEO

=

T

2

60

R

100

u

V

o

V

CCI

CM

=

5

A例

2

：

已知：

V

CC

=

12

V

，

R

L

=

8

，

U

CES

=2V。

1）求

P

om

、η以及此時的

P

DC

、

P

T1

，

并選管2

）計算

η=0.6

時的

Po[解]

+V

CC選功

T

1

率管：

+

U

CE

+

P

CM

=

5

W

-

+

R

L

T

2

I

CM

=

3A

V

CC

I

CM

>

12

/

8

=

1.5

(A)設置靜態(tài)偏置消除交越失真

偏置電路

:二極管

D

1

、

D

2

電阻

R

1

、

R

2

和電位器

R

P–

V

EE+

V

cc

u

o

R

LB

2u

i

R

1

R

PD

1D

2R

2

B

1

T

12

U

BE

T

2

改進型OCL電路一

甲乙類互補對稱功率放大電路電路

1

：T

2

微導通

充分導通

微導通；

I

CQ2一

甲乙類互補對稱功放當

u

i

=

0

時，

T

1

、

T

2

微導通T

2R

L–

V

EE

tB

11

）當

u

i

>

0

(由小到大到小變化時)

T

1

微導通

充分導通

微導通；

u

i

T

2

微導通

截止

微導通。

i

C

2

）當

u

i

<

0

(由大到小到大變化時)

I

CQ1

0

T

1

微導通

截止

微導通。2

U

BE

B

2

+

V

ccT

1

u

o

改進型OCL電路二

甲乙類互補對稱功率放大電路

+u

o

+V

CCV

1

R

LT

2

V

EE

R

T

3

T

4T

5電路

2

：

+

u

i

T

5

給

T

1

、

T

2提供靜態(tài)電壓，同時

對

u

i

進行放大

帶推動級的

互補對稱功放T

1T

2T

3R

2R

1U

BE

的倍增電路

改進型OCL電路

克服交越失真的偏置電路

改進型OCL電路甲乙類互補對稱功率放大電路電路

3

：T

4R

L+V

CCT

1T

2T

3

+

u

o

V

EER*

1R

3R

2

R

4推動級U

BE

倍增電路功率和效率計算方法：

由于

甲乙類互補對稱功率放大電路

的靜態(tài)電流很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。

對于甲乙類互補對稱功率放大電路的輸出功率與效率計算，仍然可以使用

乙類功率放大電路

的計算公式，這樣做計算過程簡單，誤差也不是很大。

改進型OCL電路二

甲乙類互補對稱功率放大電路三

準互補對稱放大電路

1.

復合管(達林頓管)

目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對(1

+

1

)

i

b1r

be

=

r

be1

+

(1

+

1

)

r

be2

2

(1+

1

)

i

b1

1

i

b1i

b1i

bi

c

i

e

1

2(

1

+

2

+

1

2

)

i

b1T

1T

2

(1

+

1

)

i

b1

(1

+

2

)

=

(1

+

1

+

2

+

1

2

)

i

b1

電流方向不沖突）2.

在

并接點

，必須保證兩管電

流同時流入接點或同時流出

接點。

3.

必須保證復合管中每個管子

都工作在放大區(qū)4.

復合管的類型

與第一只

管子相同。三

準互補對稱放大電路

1.

在

串接點

，必須保證兩管電

復合管的構(gòu)成規(guī)則：

流方向的一致和連續(xù)（實際并接點串接點T1T2NPN+NPNNPNT1T2PNP+PNPPNPT2T1NPN+PNPNPNT1T2PNP+NPNPNP一些常見的復合管準互補對稱放大電路NPNPNP四

輸出電流的保護

R

3

和

R

4

的作用：彌補準互補管的不對稱；

輸出電流取樣

D

1

和

D

2

的作用：

正常情況下截止；

過流時導通限流；練習：9.2

集成功放及其應用引言

DG810

集成功放及其應用

TD2040

集成功放及其應用

LM386

集成功放及其應用組成：前置級、中間級、輸出級、偏置電路特點：輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護引言12348765

LM386

集成功放及其應用

1.

典型應用參數(shù)：

直流電源：

4

16

V

額定功率：

660

mW帶寬：

300

kHz輸入阻抗：

50

k

引腳圖1.

8

開路時，

A

u

=

20(負反饋最強)1.

8

交流短路

A

u

=

200(負反饋最弱)

電

串聯(lián)

負反饋V

1

、

V

6

：

射級跟隨器

,

高

R

iV

2

、

V

4

：

雙入單出差分電路V

3

、

V

5

：

恒流源負載V

7

~

V

12

：

功率放大電路V

7

為驅(qū)動級(

I

0

為恒流源負載)V

11

、

V

12

用于消除交越失真V

8

、

V

10

構(gòu)成

PNP

準互補對稱2.

LM386

內(nèi)部電路5C

4C

5

R

P

36

k

C

110

F

10

F

C

2

8

13

LM3862

4

7100

F8

.047

F

+

V

CC

C

6

0.1

FC

3

220

F

10

6頻率補償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)輸出電容

(

OTL

)3.

LM386

典型應用電路頻信號的放大，多用在立體聲錄音機中。

TDA2616/Q

采用

9

腳單列直插式封裝，各引腳功能見圖

9.12

（

a

）所示。其中

2

腳為靜音控制端，當該腳接低電平時，

TDA2616/Q

處于靜音狀態(tài)，輸出端停止輸出；

2

腳接高電平時，

TDA2616/Q

處于工作狀態(tài)。

TDA2616/Q—

中功率集成功率放大電路

TDA2616/Q

是

PHILIPS

公司生產(chǎn)的具有靜噪功能的

12W

雙聲道高保真功率放大器，主要用于對音TDA2616/Q

的最大輸出功率為

15W

，失真度不大于

0.2%

。

TDA2616/Q

既可以使用單電源供電，也可采用雙電源供電，這是它的一個特點，非常分別使用。采用單電源供電時的應用電路如圖

9.12

（

b

）所示，這時電路構(gòu)成了

OTL

電路；采用雙電源供電時的應用電路如圖

9.12

（

c

）所示，這時電路構(gòu)成了OCL

電路。當然兩種形式的電路其輸出功率是不同的。

DG810

集成功放—

標準音頻功率放大功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬、有保護電路自舉電容1

48

12100

F

輸出電容4

V

CC

=

15

V

時

輸出功率

6

WC

2

100

F

.

01

F

R

4100

C

6

C

9

R

3

C

8

0.1

F

100

F

C

5

F輸入

1

C

10偏置

u

i

R

1

9

DG810

1000

F

100

k

10

7

5

C

4

100

F

C

5交流負反饋

R

2

C

7

1000

pF

1

56

4

700

pF

頻率補償，防自激等電源濾波

+

V

CC

TD2040

集成功放及其應用特點：

輸出短路保護、自動限制功耗、有過熱關(guān)機保護功率帶寬：

100

kHz

輸入阻抗：

50

k

壓串聯(lián)1

5

電源濾波輸出功率

C

1

1

：

F

22

W

(

R

L

=

4

)

C

3

C

4

220

F防自激等

R

3

R

2

22

k

5

+

V

CC

(

16

V

)u

i

R

1