模擬電子技術(shù) 課件 27 其他類功率放大電路

模擬電子技術(shù)梁長垠教授項目四功率放大電路的制作與測試梁長垠教授BTL功放電路結(jié)構(gòu)01甲類功放電路原理02功放管的散熱保護03功放電路典型應(yīng)用04一、BTL功放電路結(jié)構(gòu)1.BTL功放電路組成OCL和OTL兩種功放電路的效率很高，但是他們的缺點就是電源的利用率都不高，其主要原因是在輸入正弦信號時，在每半個信號周期中，電路只有一個晶體管和一個電源在工作。為了提高電源的利用率，也就是在較低電源電壓的作用下，使負載獲得較大的輸出功率，一般采用平衡式（橋式）無輸出變壓器電路，又稱為橋式BTL（BalancedTransformerLess，簡稱BTL）電路。橋式BTL功放由兩組對稱的OTL或OCL電路組成，揚聲器接在兩組OTL或OCL電路輸出端之間，即揚聲器兩端都不接地。一、BTL功放電路結(jié)構(gòu)2.BTL功放電路原理（兩個OTL構(gòu)成的BTL電路）在輸入信號ui正半周時，T1、T4導通，T2、T3截止，負載電流由VCC經(jīng)T1、RL、T4流到虛地端。如圖中的實線所示。

在輸入信號ui負半周時，T1、T4載止，T2、T3導通，負載電流由VCC經(jīng)T2、RL、T3流到虛地端。如圖中虛線所示。可見：

（1）該電路仍為乙類推挽放大電路，利用對稱互補的2個電路完成對信號的放大；（2）同OTL電路相比，同樣是單電源供電，在VCC、RL相同條件下，BTL電路輸出功率為OTL電路輸出功率的4倍，即BTL電路電源利用率高；（3）BTL電路的效率在理想情況下，仍近似為78.5%。一、BTL功放電路結(jié)構(gòu)3.BTL功放電路原理（兩個OCL構(gòu)成BTL電路）靜態(tài)時，由于兩個OCL電路的輸出端電位相等（正常時應(yīng)為零），故負載兩端的直流電壓為零，電橋處于平衡狀態(tài)。動態(tài)時，在輸入信號ui正半周時，T1、T4導通，T2、T3截止，負載電流由VCC經(jīng)T1、RL、T4流到虛地端。如圖中的實線所示。

在輸入信號ui負半周時，T1、T4載止，T2、T3導通，負載電流由VCC經(jīng)T2、RL、T3流到虛地端，如圖中虛線所示。負載上可得到一個完整的正弦波。分析可得：輸出功率是OCL電路的4倍。

BTL功放電路結(jié)構(gòu)01甲類功放電路原理02功放管的散熱保護03功放電路典型應(yīng)用04二、甲類功率放大電路1.電路結(jié)構(gòu)圖示為變壓器耦合甲類功率放大器電路。變壓器的作用是信號隔直通交耦合與阻抗變換。2.工作原理在理想情況下，最大輸出功率3.電路特點功放管在整個信號周內(nèi)始終導通，信號失真小，但功耗大，效率低。直流電源提供功率電路最大效率

BTL功放電路結(jié)構(gòu)01甲類功放電路原理02功放管的散熱保護03功放電路典型應(yīng)用041.集成功放外圍元件規(guī)律集成功放電路品種非常多，應(yīng)用時不一定能有功放電路和內(nèi)部電路資料，可根據(jù)其外圍元件連接電路分析判斷。大多數(shù)芯片外圍元件連接有以下規(guī)律：

（1）因集成功放主要應(yīng)用于音頻(低頻)信號放大，所以輸入端有輸入耦合電容，一般取(1～10)μF電解電容。（2）集成功放需要直流偏置。對0CL電路，同相輸入端通過一個電阻接地(使其直流電位為0)，電阻一般取幾十千歐，太小將降低電路輸入電阻；對0TL電路，為取得Vcc／2直流電位，需用電阻分壓，0TL電路需輸出耦合電容，電容越大，低頻特性越好，一般取幾十至一千微法，視輸出功率和頻響要求而定。（3）集成功放是一個開環(huán)增益很大的放大器，因此必須加負反饋，且為電壓串聯(lián)負反饋。四、功放管的保護1.集成功放外圍元件規(guī)律（4）除上述電路元件外，其余元件(電路)均為輔助或改善性能電路，非必需電路。

①電源濾波。在集成功放電源輸入端，一般用一個大容量電解電容（100～200μF）與一個無極性電容0.01～0.1μF并聯(lián)。②輸出端接與感性負載并聯(lián)的RC網(wǎng)絡(luò)，主要是改善頻率響應(yīng)。③保護二極管的作用，由于負載(揚聲器)為感性，在電流快速切變時，會產(chǎn)生較高的感性電壓(反電勢)，可能損壞集成功放。二極管的作用是給過高的反電勢提供泄放通路(也可理解為鉗位削峰)。④有些集成功放，如LA4100、LA4440等，除外接輸出電容、電源濾波電容外，還外接去耦電容、自舉電容、旁路電容、負反饋隔直電容等。自舉電容一端接輸出端，另一端接集成功放某一引腳；去耦電容一端接集成功放某一引腳，另一端接地；旁路電容、負反饋隔直電容，一般為幾十微法；無極性電容，主要改善頻響特性和防止高頻自激。四、功放管的保護四、功放管的保護2.對功放管的保護措施（1）限制輸入、輸出幅度。功放管的輸入、輸出并聯(lián)二極管或穩(wěn)壓管，如圖所示。D1、D2可限制輸入信號幅度，D3~D6可限制輸出信號幅度。（2）對感性負載進行相應(yīng)補償。為了防止由于接入感性負載而使功放管出現(xiàn)過電壓或過電流現(xiàn)象，可在感性負載（揚聲器）兩端并接RC串聯(lián)電路，稱為相位補償網(wǎng)絡(luò)，它由小電阻R和大電容C構(gòu)成，這樣，一旦功放管的輸出信號發(fā)生突然變化，感性負載產(chǎn)生的感應(yīng)電動勢加到補償網(wǎng)絡(luò)兩端，起到了緩解作用，避免了對功放管的沖擊。BTL功放電路結(jié)構(gòu)01甲類功放電路原理02功放管的散熱保護03功放電路典型應(yīng)用04四、集成功放電路應(yīng)用（1）音頻前置功率放大器應(yīng)用組成：輸入級（T4、T5）、電壓放大級（T3）、輸出級（T6、T9）。四、集成功放電路應(yīng)用（1）音頻前置功率放大器應(yīng)用輸入級：T4、T5構(gòu)成差分輸入級（單入單出），由T4的集電極電壓作為輸出，直耦送入電壓放大級T3。特點：本級采用了差分電路、恒流偏置、恒流負載三種技術(shù)措施。差分電路：提高輸入電阻、抑制零點漂移。恒流偏置：穩(wěn)定輸入級的靜態(tài)工作點，恒流負載：提高輸入級的增益。T7、D3、D4、R16構(gòu)成單管恒流源電路，利用其等效動態(tài)內(nèi)阻R0恒定，作為T4、T5的恒流偏置，以穩(wěn)定差分輸入級的靜態(tài)工作點。T1、T2構(gòu)成鏡像恒流源作為差分輸入級集電極負載，以提高輸入級電壓放大的增益。T3構(gòu)成共發(fā)射極放大器，T3為主電壓放大級，它提供大部分電壓增益。T8、D5、D6、R17構(gòu)成單管恒流源電路，利用其R0恒定，作為T3的恒流負載（Rc），以提高電壓放大器的增益。四、集成功放電路應(yīng)用（1）音頻前置功率放大器應(yīng)用為解決直耦放大器工作點相互影響，T3采用PNP管，以提高前級的Uc。R3、C1構(gòu)成電流負反饋，以穩(wěn)定工作狀態(tài)。C4為相位補償電容，同時又是中和電容可完成高頻消振。T6、T9構(gòu)成推挽輸出級（OCL），為射極輸出結(jié)構(gòu)，以降低輸出阻抗，提高電路帶負載能力。

D1、D2、R13構(gòu)成恒壓偏置電路，利用D1、D2的正向?qū)妷汉愣ǎ騎6、T9提供2Ube。以穩(wěn)定輸出級的工作狀態(tài)。R7、R14構(gòu)成射極負反饋偏置，以改善推挽輸出級的交越失真。R6、R11、C7構(gòu)成交直流級間負反饋環(huán)路，R取出輸出級的輸出信號電壓，經(jīng)C低通濾波形成與輸出電壓成正比的直流信號，作為差分輸入級T4、T5的直流偏置，以控制其增益。放大倍數(shù)為：Av=1+(R6/R11)。四、集成功放電路應(yīng)用（2）音頻功率放大電路雙電源集成運放，構(gòu)成同相比例放大電路：C17、R29、R30為輸入阻容耦合電路（R29、R30為分壓電阻）；C14、R27、R28為電壓并聯(lián)負反饋支路（R27、R28為分壓電阻），C15、C16為電源退耦電容，W為音量電位器。四、集成功放電路應(yīng)用（2）音頻功率放大電路電路主要由一級差分放大輸入電路、一級差分電壓激勵放大及全互補推挽功率放大輸出電路組成。為了使電路更加穩(wěn)定，性能更加優(yōu)良，還采用了二極管恒流源電路、共射-共基電路、溫度補償恒壓偏置、二極管對電壓、電流放大級電源隔離電路等。由于采用了兩級差分放大電路和恒流源電路，加上二極管的隔離作用，故本電路能在較寬的電源電壓變化范圍內(nèi)工作。在差分輸入放大電路的輸入端，R1、R2、C2組成了低通濾波電路，限制電路的通頻帶帶，將無用的音頻范圍以外的高頻信號濾除掉，提高電路的穩(wěn)定性、抑制電路的高頻噪聲和自激。T1、T2組成第一級差分輸入放大電路，其發(fā)射極電阻R3、R4為電流負反饋電阻；T3為其恒流源，T4為恒流源提供電壓基準。R8、R9為兩差分管的集電極負載電阻，同時兼做第二差分放大管的基極偏置電阻。四、集成功放電路應(yīng)用（2）音頻功率放大電路T6、T9組成第二級差分放大電路，既作為電壓放大級，同時又是輸出級的激勵級。T6、T7組成了共射—共基電路，以改善電路的輸出特性，并改善激勵級的線性，展寬頻帶。T9兼為輸出級提供偏置電流。D1與T8、R10、R11組成了第二級差分放大電路鏡像恒流負載，以穩(wěn)定第二級差分放大電路的工作，并進行電流—電壓轉(zhuǎn)換及信號傳遞。本電路采用二極管D1作為鏡像恒流管。T8使差分放大電路做“雙變單”輸出，同時它還是輸出級的電壓推動級。T5、W1