模擬電路第4章 功率放大電路

1第四章功率放大電路4.1功率放大電路的主要特點4.2互補對稱式功率放大電路4.3采用復(fù)合管的互補對稱式放大電路4.4集成功率放大器2如：擴音系統(tǒng)實際負(fù)載1.什么是功率放大器？

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(fù)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(fù)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

概述功率放大電壓放大信號提取32.功放管的幾種工作狀態(tài)甲類：Q點適中，在正弦信號的整個周期內(nèi)均有電流流過管子。iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙類：靜態(tài)電流為0，管子只在正弦信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通。甲類(

=2

)

tiCO

Icm

2ICQ

tiCO

Icm

2ICQ乙類(

=

)4甲乙類：介于兩者之間，導(dǎo)通角大于180°iCuCEQ2ICQVCC

tiCO

Icm

ICQ2甲乙類(

<

<2

)53.功率放大器的分類

（1）按功放管的導(dǎo)通角分為：

甲類：導(dǎo)通角θ=2π，一支管子完成功放。

乙類：導(dǎo)通角θ=π，二支管子輪流工作完成功放。甲乙類：導(dǎo)通角π

＜

θ＜2

π，二支管子輪流工作。（2）按功放器件的不同分為：

（3）按電路的不同分為：

電子管功率放大器，變壓器耦合功率放大器，晶體管功率放大器，OTL功率放大器,

集成電路功率放大器，OCL功率放大器等。動畫演示64.1功率放大電路的主要特點對功放的主要要求及特點：1.根據(jù)負(fù)載要求，提供所需要較大的輸出功率。2.要求有較高的轉(zhuǎn)換效率:輸出功率直流電源提供功率3.盡量減小非線性失真。4.分析方法：信號大，用圖解分析法。分析重點：最大不失真輸出功率、最高轉(zhuǎn)換效率等。5.功放的電路形式：乙類互補對稱式電路.設(shè)負(fù)載兩端電壓u0=Uomsinωt，負(fù)載電流i0=Iomsinωt最大輸出功率：7

互補對稱功放的類型

無輸出變壓器形式

（OTL電路）無輸出電容形式

（OCL電路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互補對稱：電路中采用兩支晶體管，NPN、

PNP各一支；兩管特性一致。類型：4.2互補對稱式功率放大電路84.2.1

OTL互補對稱電路一、OTL乙類互補對稱電路電路組成及工作原理：在輸入信號的正半周，VT1

導(dǎo)通（VT2截止），iC1

流過負(fù)載；負(fù)半周，VT2導(dǎo)通（VT1截止），iC2

流過負(fù)載。在信號的整個周期都有電流流過負(fù)載，負(fù)載上iL

和uO

基本上是正弦波。存在的問題：交越失真交越失真圖

4.2.1動畫演示tuIO9二、OTL甲乙類互補對稱電路圖4.2.3

OTL互補對稱輸出級

R、VD1、VD2

為兩管提供一小的靜態(tài)偏置電壓，使得在輸入信號等于零時，管子微導(dǎo)通，以克服交越失真。圖4.2.4

OTL互補電路波形圖tuIOtiC1OtiC2OtuOO交越失真的克服：甲乙類OTL功放10三、OTL甲乙類互補對稱電路圖解分析1.靜態(tài)圖解分析：

UCEQ=VCC／2ICQ≈0

靜態(tài)工作點：交流負(fù)載線斜率：2.動態(tài)圖解分析設(shè)輸出電壓u0=Uomsinωt-11vCE1iC2iC1Q最大不失真電流

最大不失真幅度

UCES2UCES1tu0tiLu0=Uomsinωt121）輸出功率Po2)電源消耗功率：當(dāng)Uom達到最大值輸出功率最大，最大不失真輸出功率：13最高轉(zhuǎn)換效率：電源消耗最大功率：實際效率小于π/4。當(dāng)Uom達到最大值轉(zhuǎn)換效率：14功率三極管的極限參數(shù)①集電極最大允許電流ICM②集電極最大允許反向電壓U(BR)CEO③集電極最大允許耗散功率PCM154.2.2

OCL互補對稱電路圖4.2.5OCL互補對稱電路1.電路組成：兩點改進：（1）改電容耦合為直接耦合，（2）一組電源改為二組電源。2.工作原理（設(shè)ui為正弦波）靜態(tài)時：ui

=0V

ic1、ic2均≈0（甲乙類工作狀態(tài)）

uo

=0V結(jié)論：VT1、VT2兩個管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波動態(tài)時：正弦波的正半周，VT1導(dǎo)通，VT2截止

正弦波的負(fù)半周，VT1截止，VT2導(dǎo)通163.性能指標(biāo)計算圖4.2.5OCL互補對稱電路(1)最大不失真功率：(2)最高效率：u0=Uomsinωt17圖4.2.5OCL互補對稱電路(3).功率三極管的極限參數(shù)18一個管子的管耗

關(guān)于管耗PT兩只管管耗19每只三極管的最大管耗：

問：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達式：20OCL互補對稱電路OTL、OCL電路的區(qū)別與聯(lián)系：（1）OTL電路為單電源供電，單管供電電壓VCC/2，有輸出耦合電容；OCL電路為雙電源供電，單管供電電壓VCC，無輸出耦合電容。OTL互補對稱電路

（2）將OCL的結(jié)論表達式中的VCC用VCC/2替換，則過渡到OTL表達式。見171頁。214.3采用復(fù)合管的互補對稱式放大電路4.3.1復(fù)合管的接法及其β和rbe1.復(fù)合管的接法構(gòu)成復(fù)合管時注意

(1)前后兩個三極管連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級輸出電流與后級輸入電流實際方向一致。

(2)外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個管子均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使管子工作在放大區(qū)。復(fù)合管的構(gòu)成：由兩個或兩個以上三極管組成。22VT1bVT2ec

VT2VT1bec(a)NPN型(b)PNP型圖4.3.1復(fù)合管的接法(c)NPN型

cVT1bVT2e(d)PNP型

VT2VT1bec23+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1復(fù)合管共射電流放大系數(shù)

值由圖可見圖4.3.22.復(fù)合管的β和rbe(1)相同類型的三極管組成的復(fù)合管則24+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1復(fù)合管的輸入電阻rbe其中所以顯然，

、rbe

均比一個管子

1、rbe1提高了很多倍。圖4.3.225(2)由不同類型的三極管組成的復(fù)合管結(jié)論

1.兩個同類型的三極管組成復(fù)合管，其導(dǎo)電類型與原來相同。復(fù)合管的

1

2，復(fù)合管的rbe=rbe1+（1+

1）rbe2

2.兩個不同類型的三極管組成復(fù)合管，其類型與前級三極管相同。復(fù)合管的

1

2，復(fù)合管的rbe=rbe1

264.3.2復(fù)合管組成的互補對稱放大電路VD1ui+VCCRLVT1VT2Rb1VT4VT3RbVD2Rb2-VCCC1uOVT1和VT3

組成NPN型復(fù)合管。VT2和VT4

組成PNP型復(fù)合管。缺點：VT3和VT4

類型不同，難做到特性互補對稱。27VD1ui+VCCRLVT1VT2Rb1VT4VT3RbVD2Rb2-VCCC1uORc228OTL音頻功率放大電路舉例中間級前置放大級功率放大級29一、電路組成

1.前置放大級：由VT1

等組成，共射極阻容耦合放大電路。C1、C3為耦合電容。

2.中間放大級：由VT2等組成共射極放大電路。R9是其集電極負(fù)載電阻，它與功放級采用直接耦合。

3.功放級由NPN三極管VT3和PNP三極管VT4組成OTL電路，R6、R7是為克服交越失真而設(shè)置的，Rt是熱敏電阻，具有溫度補償作用。C6為輸出電容。

4.為減小失真電阻R14接有電壓串聯(lián)負(fù)反饋。小電容C2C4C7是校正電容，作用是避免產(chǎn)生自激振蕩。

C5R13是電源濾波電路，防止因電源內(nèi)阻引起低頻寄30二、主要技術(shù)指標(biāo)估算

最大輸出功率314.4集成功率放大器

集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機等的驅(qū)動方面。集成功放使用時不能超過規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。集成功放要加有足夠大的散熱器，保證在額定功耗下溫度不超過允許值。表4-1幾種集成音頻功率放大器概況組成：前置級、中間級、輸出級、偏置電路4.4.1集成功率放大器的電路組成LM386集成功放及其應(yīng)用：LM386是音頻小功率集成功率放大器，廣泛用于收音機、收錄機中。32內(nèi)部電路1.8開路時，

Au=20(負(fù)反饋最強)1.8交流短路

Au=200(負(fù)反饋最弱)電壓串聯(lián)負(fù)反饋33V1、V6：V3、V5：V2、V4：射級跟隨器，高Ri雙端輸入單端輸出差分電路恒流源負(fù)載V7~V12：功率放大電路V7為驅(qū)動級(I0為恒流源負(fù)載)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

構(gòu)成PNP

準(zhǔn)互補對稱344.4.2集成功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)4.4.3集成功率放大器的引腳和典型接法

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1

F810.047F+VCC6輸出電容(OTL)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)典型應(yīng)用電路351．功率放大器的特點：工作在大信號狀態(tài)下，輸出電壓和輸出電流都很大。要求在允許的失真條件下，盡可能提高輸出功率和效率。2．為了提高效率，在功率放大器中，功放管常工作在乙類和甲乙類狀態(tài)下，并用互補對稱結(jié)構(gòu)使其基本不失真。這種功率放大器理論上的最大輸出效率可以達到78.5％。3．互補對稱功率放大器的幾種主要結(jié)構(gòu)：

OCL（雙電源）——乙類甲乙類。

O