低頻功率放大電路

1、第9章低頻功率放大電路 本章要點(diǎn) 功放的特點(diǎn)與分類 OCL電路原理與特性分析 OTL電路原理與調(diào)試方法 BTL電路組成與原理 VMOS功放的特點(diǎn)與應(yīng)用 本章難點(diǎn) OCL電路性能指標(biāo)分析 OTL電路調(diào)試方法 無(wú)論分立元件放大器還是集成放大器，其末級(jí)都要接實(shí)際負(fù)載。一般負(fù)載上的信號(hào)的 電流和電壓多要求較大，即負(fù)載要求放大器輸出較大的功率以便推動(dòng)如揚(yáng)聲器、電動(dòng)機(jī)之 類的功率負(fù)載，故稱之為功率放大器，簡(jiǎn)稱功放。功率放大電路的主要任務(wù)是：放大信號(hào) 功率。 功率放大電路按放大信號(hào)頻率，可分為低頻功率放大電路和高頻功率放大電路。前者 用于放大音頻范圍(幾十赫茲到幾千赫茲)的信號(hào)，后者用于放大射頻范圍(幾百千

2、赫茲到幾 十兆赫茲)的信號(hào)。本章僅介紹低頻功率放大電路。 9.1 功率放大電路概述 9.1.1功率放大電路的特點(diǎn) 功率放大器的主要任務(wù)是向負(fù)載提供較大的信號(hào)功率，故功率放大器應(yīng)具有以下幾個(gè) 主要特點(diǎn)。 1. 輸出功率要足夠大 為獲得足夠大的輸出功率，功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。如輸入信號(hào)是某一 頻率的正弦信號(hào)，則輸出功率的表達(dá)式為 Po = loUo(9-1) 改用振幅值表示，公式9-1又為 1 Po = I omU om(9-2) 2 2. 效率要高 功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它是將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的 能量輸送給負(fù)載，因此，要求轉(zhuǎn)換效率高。 PDC 式中，Po為

3、信號(hào)輸出功率，PDC是直流電源向電路提供的功率。在直流電源提供相 同直流功率的條件下，輸出信號(hào)功率愈大，電路的效率愈高。 3. 非線性失真要小 功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動(dòng)幅度很大，而且由于三極管是非 線性器件，在大信號(hào)工作狀態(tài)下，器件本身的非線性問(wèn)題十分突出，因此，輸出信號(hào)不可 避免地會(huì)產(chǎn)生一定的非線性失真。在實(shí)際應(yīng)用中，要采取措施減少失真，使之滿足負(fù)載 要求。 4. 圖解法進(jìn)行估算 由于功放工作在大信號(hào)狀態(tài)，實(shí)際上已不屬于線性電路的范圍，故不能用小信號(hào)微變 電路的分析方法，通常采用圖解法對(duì)其輸出功率、效率等指標(biāo)作粗略估算。 9.1.2功率放大器工作狀態(tài)的分類 功率放大電路

4、按放大器中三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同，可分為甲類、乙類和甲乙類 三種，如圖9-1所示。 甲類功率放大電路的特征是工作點(diǎn)在負(fù)載線線性段的中點(diǎn)，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期 內(nèi)，晶體管均導(dǎo)通，有電流流過(guò)，功放的導(dǎo)通角9=360 o 乙類功率放大電路的特征是工作點(diǎn)設(shè)置在截至區(qū)，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，晶體管 僅在半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通，有電流流過(guò)，功放的導(dǎo)通角9=180 甲乙類功率放大電路的特征是工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)內(nèi)，但很接近截至區(qū)，管子在大半 周期間導(dǎo)通，有電流流過(guò)，功放的導(dǎo)通角18090,三極管T1導(dǎo)通， Rl上形成正半周輸出電壓, Ui 0。 T2導(dǎo)通，T2管的射極電流 uo 0。 9.2 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率

5、放大電路 (OCL電路) 單管甲類功率放大電路簡(jiǎn)單，只需要一個(gè)功率管便可工作。由于它的效率低，而且為 了實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，需要用變壓器，而變壓器具有體積大、重量重、頻率特性差、耗費(fèi)金屬 材料、加工制造麻煩等缺點(diǎn)，因而，目前一般不采用單管甲類功率放大電路。乙類功率放 大電路具有能量轉(zhuǎn)換效率高的特點(diǎn)，常作為功率放大器。但乙類放大電路只能放大半個(gè)周 期的信號(hào)，常用兩個(gè)對(duì)稱的乙類放大電路分別放大正、負(fù)半周的信號(hào)，然后合成完整的波 形輸出，即采用互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。 9.2.1電路組成和工作原理 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路如圖9-2所示，這類電路無(wú)輸出電容的功率放大電路，簡(jiǎn)稱OCL 電路。圖中 Ti為NPN型三極

6、管，T2為PNP型三極 管。為保證工作狀態(tài)良好，要求該電路具有良好的 對(duì)稱性，即 Ti、T2管特性對(duì)稱，并且正負(fù)電源對(duì) 稱。當(dāng)信號(hào)為零時(shí)，偏流為零，它們均工作在乙類 放大狀態(tài)。電路工作原理如下所述。 1. 靜態(tài)分析 當(dāng)輸入信號(hào)Ui=0時(shí)，兩個(gè)三極管都工作在截止 區(qū)，此時(shí)Ibq、Icq、I eq均為零，負(fù)載上無(wú)電流通 過(guò)，輸出電壓 Uo=0。 2. 動(dòng)態(tài)分析 不難看出，在輸入信號(hào)Ui的一個(gè)周期內(nèi)，即 T1、T2管交替工作，流過(guò) Rl的電流為 完整的正弦波信號(hào) 9.2.2性能分析 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路工作圖解分析如圖9-3所示。圖9-3(a)為T1管導(dǎo)通時(shí)的工作情 況。圖9-3(b)是將T2管的導(dǎo)通

7、特性倒置后與T1特性畫在一起，讓靜態(tài)工作點(diǎn)Q重合。 形成兩管合成曲線，圖中交流負(fù)載線為一條通過(guò)表態(tài)工作點(diǎn)的斜率的直線AB。 Rl 由圖9-3可看出輸出電流、電壓的最大允放變化范圍分別為21 cm和2Ucem，|cm和Ucem分別 為集電極正弦電流和電壓的振幅值。有關(guān)性能指標(biāo)計(jì)算如下。 f Jul (a) (b) 圖9-3雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路圖解分析 1.輸出功率Po 當(dāng)考慮飽和壓降 p = U cem Icm = 1 I 口 ocm cem 、2 2 2 2 cem 2 Rl Uces時(shí)，輸出的最大電壓幅值為 U cem= U cc- U ces 般情況下輸出電壓的幅值 Ucem總是小于電源電壓

8、VCC值，故引入電源利用系數(shù) _ U cem =Vcc 將式9-6代入式9-4得 p= 2V 2 CC 當(dāng)忽略飽和壓降 Uces時(shí)，即 =1，輸出功率Pom可按下式估算 P =1VL P0m 2 Rl (9-4) (9-5) (9-6) (9-7) (9-8) 2.效率n 由式9-3可知計(jì)算效率應(yīng)先求出電源供給功 率Pdc。在乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路中，每個(gè)晶體 管的集電極電流的波形均為半個(gè)周期的正弦波 形。其波形如圖9-4所示，其平均值Id(av)為 12 n2n1 Id(AV) =o ic1d( t)= o IcmSin td( t)= I cm (9-9) 2 nn 直流電源Vcc供給的功率

9、為 11 UV2 P =I V = I V = cemV = cc DC1 D(AV) cccm cccc nn Rln Rl 因此, (9-10) 因考慮是正負(fù)兩組直流電源，故總的直流電源的供給功率為 Pdc 2 U； n Rl (9-11) 將式(9-7)、式(9-11)代入式(9-3)是則得 (9-12) _ Po _ n _4 當(dāng)=1時(shí)，效率最高，即 max n 78.5% 4 【例9-1】 在圖9-2所示乙類互補(bǔ)對(duì)稱放大電路中，已知 當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，集電極電壓充分運(yùn)用時(shí)的Pom、PDCm、 Vcc=12V , Rl=8 m 。 (9-13) ，試求： 解 輸入信號(hào)足夠大時(shí)，忽略管子

10、飽和壓降，輸出電壓幅值約等于電源電壓，由式 (9-8)得，最大輸出功率為 Pom 1 Vc2c 2 Rl 122 2 8 9(W) 由式(9-11)得, =1時(shí)，電源供給最大功率為 2 V； 44 PDCm=2-CC=-Pm = 4 9=11.5 (W) n Rlnn 此時(shí)的效率為 瑩=2=78.5% 11.5 9.2.3交越失真的消除 實(shí)際中晶體管輸入特性的門限電壓不為零，且電壓、電流關(guān)系也不是線性關(guān)系，在輸 入電壓較低時(shí)，輸入基極電流很小，故輸出電流也很小，因此輸出電壓在輸入電壓較小 時(shí)，存在一小段死區(qū)，此段輸出電壓與輸入電壓不存在線性關(guān)系，產(chǎn)生了失真。由于這種 失真出現(xiàn)在通過(guò)零值處，故稱

11、為交越失真。交越失真波形如圖9-5所示。 克服交越失真的措施就是避開死區(qū)電壓區(qū)，使每一個(gè)晶體管處于微導(dǎo)通狀態(tài)。輸入信 號(hào)一旦加入，晶體管立即進(jìn)入線性放大區(qū)，而在靜態(tài)時(shí)，雖然每一個(gè)晶體管處于微導(dǎo)通狀 態(tài)，由于電路對(duì)稱，兩管靜態(tài)電流相等，流過(guò)負(fù)載電流為零，從而消除了交越失真。 圖9-6是OCL電路設(shè)置靜態(tài)偏置消除交越失真的一種方法。偏置電路主要由二極管 D1、D2和電位器Rp組成。調(diào)節(jié)Rp可以使三極管 T1和T2的基極直流電位之差稍大于兩管 的死區(qū)電壓之和，這樣每個(gè)管子就能得到一個(gè)合適的靜態(tài)偏壓。而且二極管的接入還具有 溫度補(bǔ)償作用，可以穩(wěn)定、T2管的靜態(tài)工作點(diǎn)。對(duì)于變化信號(hào)而言，由于二極管的動(dòng)

12、態(tài)電阻和電位器 Rp的值很小，可以認(rèn)為加到 T1、T2管基極上的信號(hào)電壓基本相等，輸出 信號(hào)正負(fù)半周仍然對(duì)稱。 圖9-6消除交越失真的電路 924用復(fù)合管組成互補(bǔ)對(duì)稱電路 功率放大電路的輸出電流一般很大。例如當(dāng)有效值為12V的輸出電壓至 8 的負(fù)載 上，將有1.5A的有效值電流流過(guò)功率管，其振幅值約為2.12A。而一般功率管的電流由 放大系數(shù)均不大，若設(shè)3=20，則要求基極推動(dòng)電流為100mA以上，這樣大的電流由前級(jí) 供給十分困難，為此需要進(jìn)行電流放大。一般通過(guò)復(fù)合管來(lái)解決此問(wèn)題。 由復(fù)合管組成的互補(bǔ)功率放大電路如圖9-7所示，圖中，要求 T3和T4即要互補(bǔ)又要 能對(duì)稱，這對(duì)于 NPN型和PN

13、P型兩種大功率管來(lái)說(shuō)，一般是比較難以實(shí)現(xiàn)的（尤其一個(gè) 是硅管，而另一個(gè)是鍺管時(shí) ）。為此最好選T3和T4是同一種型號(hào)的管子，通過(guò)復(fù)合管的接 法來(lái)實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)，這樣組成的電路稱為準(zhǔn)互補(bǔ)電路，如圖9-8所示，調(diào)節(jié)圖中的 Rb和Rc可 使T3和T4有一個(gè)合適的工作點(diǎn)。 由上所述，復(fù)合管不僅解決了大功率管 3值低的困難，而且也解決了大功率管難以實(shí) 現(xiàn)互補(bǔ)對(duì)稱的困難，故在功率放大電路中廣泛采用了復(fù)合管。 925 OCL電路的應(yīng)用分析 圖9-9為OCL準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，它由輸入極、中間級(jí)、輸出極及偏置電路 組成。輸入極是由 Ti、T2和T3組成的單端輸入、單端輸出的共射組態(tài)恒流源式差動(dòng)放大 電路，并從T

14、i的集電極處取出輸出信號(hào)加至中間級(jí)。中間級(jí)是由T4、V5組成的共射組態(tài) 放大電路，T5是恒流源，作為T4的有源負(fù)載。輸出極是由T7、T8、T9、Tio組成的準(zhǔn)互補(bǔ) 對(duì)稱電路，其中 T7、T9為由NPN NPN組成的NPN型復(fù)合管；T8、Tio為由PNP PNP 組成的PNP型復(fù)合管，各管電阻Re7、Re8、Re9、Re10的作用是改善溫度特性。T6、Re4、 Re5組成了 Ube倍壓電路，為輸出極提供所需的靜態(tài)工作點(diǎn)，以消除交越失真。由Ri、 Di、D2、T3、T5組成恒流源電路，Ri、Di、D2提供基準(zhǔn)電流。Rf、Ci、Rb2構(gòu)成交流串聯(lián) 電壓負(fù)反饋，用來(lái)改善整個(gè)放大電路的性能。 OCL電路

15、最大的優(yōu)點(diǎn)在于，其低頻特性很好，輸入輸出跟隨性好（帶負(fù)載能力強(qiáng)），不 足之處是需采用雙電源供電，這在電路中很不方便。 部分常見的低頻大功率管主要參數(shù)見書后附錄。 22.7V *+24V I 5( 3DGI 3DD15 3CG5 C 3 EK 16 1OQ 3E1D1S .CP10X2 I 3DG4S o-24V 圖9-9 OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 9.3 單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路（OTL電路） 圖9-2所示互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中需要正、負(fù)兩個(gè)電源。但在實(shí)際電路中，如收音 機(jī)、擴(kuò)音機(jī)中，常采用單電源供電。為此，可在輸出端接一個(gè)大容量的電容器，該電容的 充放電時(shí)間常數(shù)應(yīng)遠(yuǎn)大于信號(hào)周期，用它來(lái)代替一個(gè)直

16、流電源。如圖9-ii所示單電源供 電互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。這種形式的電路無(wú)輸出變壓器，而有輸出耦合電容，簡(jiǎn)稱 OTL電路。 931電路特性 單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路的特性如下。 輸出電容起到負(fù)電源作用。 電路的頻率響應(yīng)寬，低頻頻響主要由輸出電容器的容量來(lái)決定。 電路便于加深度負(fù)反饋，電路穩(wěn)定性高。 電路由阻容元件和晶體管組成，易于集成化。 9.3.2電路原理 GT 圖9-10 OTL基本電路 圖9-10所示電路中，管子工作在乙類狀態(tài)。靜 態(tài)時(shí)，因電路對(duì)稱，兩管發(fā)射極e點(diǎn)電位為電源電 1 壓的一半ivcc，負(fù)載中沒有電流。電容C兩端的 2 電壓也穩(wěn)定在 1 Vcc，這樣兩管的集射極之間如同分 2 11

17、 別加上- Vcc和Vcc的電源電壓。 22 動(dòng)態(tài)時(shí)，在輸入信號(hào)正半周，T1導(dǎo)通，T2截 止，T1以射極輸出的形式向負(fù)載Rl提供電流，使得 負(fù)載Rl上得到正半周輸出電壓，同時(shí)對(duì)電容C充 電；在輸入信號(hào)負(fù)半周，T1截止，T2導(dǎo)通，電容 C 通過(guò)t2、Rl放電，T2也以射極輸出的形式向負(fù)載 Rl提供電流，負(fù)載 Rl上得到副半周輸出電壓，電容C這時(shí)起到負(fù)電源的作用。這樣，負(fù) 載Rl上得到一個(gè)完整的信號(hào)波形。 由上可以看出，其工作過(guò)程除C代替一組電源外，其工作過(guò)程與雙電源相同，功 1 率、效率計(jì)算也相同，只需將公式中的Vcc用-Vcc代替即可。 2 933電路實(shí)例 圖9-11為一典型的OTL功放電路。

18、由運(yùn)算放大器 A組成前置放大電路，T4T7組成 互補(bǔ)對(duì)稱電路，D1、D2、D3提供偏置電壓，R11和R1構(gòu)成電壓并聯(lián)負(fù)反饋。 靜態(tài)時(shí)，由 R4、R5、D1、D2、D3提供偏置電壓使 T4T7微導(dǎo)通，ie6= ie7,中點(diǎn)電位 、 1 為一 Vcc , Uo=0V。 2 動(dòng)態(tài)時(shí)，當(dāng)輸入信號(hào) Ui為負(fù)半周時(shí)，集成運(yùn)放對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，使互補(bǔ)對(duì)稱功放 基極電位升高，T4、T6導(dǎo)通，T5、T7截止，ie6由上而下流過(guò)負(fù)載，輸出電壓U。為正半 周。當(dāng)輸入信號(hào) Ui為正半周時(shí)，集成運(yùn)放對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大，使互補(bǔ)對(duì)稱功放基極電位 1 降低，T4、T6截止，T5、T7依靠C2上的存儲(chǔ)電壓-Vcc導(dǎo)通，ie7

19、由下而上流過(guò)負(fù)載，輸出 2 電壓Uo為負(fù)半周。這樣負(fù)載上就獲得一個(gè)完整的正弦電壓波形。 卻- IO|4F/5OV 貯也 圖9-11 OTL功放電路實(shí)例 n-H 匕 3AX2ID (B=IOQ) II 別舉F 47ki2 -dzi- 3A3ID (=30) 8 I 嚴(yán)) 1H1*11 SOLI MML q- JOOQuf IOQjiF R, : 56011 蠟 I |亦卜 (B-3Q) Ting k I 0.5L1 沁 IQOOpF I WK 934調(diào)試方法 圖9-12是一個(gè)典型的復(fù)合互補(bǔ)對(duì)稱OTL功放電路。Ti為前置放大級(jí)，其發(fā)射極電阻 R5上加有從放大器輸出端經(jīng)反饋電阻R12和反饋電容 C9

20、引入的負(fù)反饋，用于改善音質(zhì)。 T2是激勵(lì)級(jí)，其偏流電阻R6不是接電源的負(fù)端，而是借到放大器的輸出端，這樣可以自 動(dòng)穩(wěn)定放大器的工作點(diǎn)。電阻R11兩端的壓降供給 T3、T4以合適的偏壓。T3、T4組成復(fù)合 管互補(bǔ)輸出極。R13、R14 一方面使 T3、T4維持一定的工作電流，同時(shí)又保證T5、T6有合 適的靜態(tài)射基偏壓，提高電路穩(wěn)定性。R15、R16起電流負(fù)反饋?zhàn)饔茫鼓┘?jí)工作點(diǎn)更加 穩(wěn)定。 200il 圖9-12 OTL功率放大電路 圖9-12所示電路的調(diào)試方法如下。 調(diào)節(jié)電阻R1的阻值，調(diào)試T1的靜態(tài)工作電流。調(diào)節(jié)R6使放大器輸出端（K點(diǎn)）的對(duì)地 1 電位為VCC ,然后通過(guò)Rii調(diào)節(jié)復(fù)合管的

21、靜態(tài)電流。但調(diào)節(jié)R6和調(diào)節(jié)Rii是互相影響的， 2 所以，必須反復(fù)調(diào)節(jié)Re直至滿足要求為止。調(diào)試時(shí)千萬(wàn)注意，切不可斷開Rii，因?yàn)镽ii 一旦斷開，有燒壞晶體管的可能。經(jīng)上述調(diào)試后，電路就能正常工作。 從信號(hào)發(fā)生器向 OTL放大器送入一個(gè)比額定輸入信號(hào)電壓小的正弦波信號(hào)，再進(jìn)一 步觀察輸出波形，并對(duì)波形出現(xiàn)的問(wèn)題進(jìn)行調(diào)整。 1. 交越失真 大信號(hào)輸出時(shí)波形良好，而小信號(hào)輸出時(shí)出現(xiàn)比較明顯的交越失真，這時(shí)，調(diào)節(jié)可變 電阻（使Rii的有效阻值增大）增加功放管的靜態(tài)電流即可克服交越失真。 2. 輸出波形不對(duì)稱 造成輸出波形不對(duì)稱的原因一般有兩個(gè)。一是激勵(lì)信號(hào)的波形不對(duì)稱；二是四只輸出 管特性配合不好

22、。如果原來(lái)波形不對(duì)稱的情況是上半波形比下半波形高?？上葘芍惠敵?管T5和T6交換位置試一試。如果交換后波形不對(duì)稱情況下沒有變化，仍是上大下小， 則說(shuō)明是激勵(lì)信號(hào)本身不對(duì)稱。這時(shí)，可以在T4的發(fā)射極串一只小阻值（一般是幾歐到幾 十歐）的電阻，使輸出波形上下對(duì)稱。如果輸出管交換位置后，波形的不對(duì)稱情況與原來(lái) 相反，即由原來(lái)的上大下小變成上小下大，則說(shuō)明是輸出管特性不配合，應(yīng)更換輸出管。 3. 小信號(hào)輸出波形正常，但大信號(hào)輸出時(shí)有半邊波形的頂部變平 這是由于激勵(lì)級(jí) T2的電流IC2不合適造成的。這時(shí)可以調(diào)節(jié)電阻Rio和可變電阻 Re的 阻值來(lái)克服。但需注意，在調(diào)節(jié)Re、Rio時(shí)，不要使放大器的輸出

23、端的電位偏離中點(diǎn)電位 9.4 BTL集成功率放大電路 BTL功率放大電路又稱橋接推挽式放大電路，其主要特點(diǎn)是，在同樣電源電壓和負(fù) 載電阻條件下，它可獲得比OCL和OTL大幾倍的輸出功率。 9.4.I BTL功放組成及其工作原理 BTL基本電路組成如圖 9-I3所示，四個(gè)功放管 TiT4組成橋式電路。靜態(tài)時(shí)，電橋 平衡四個(gè)功放管TiT 4組成橋式電路。 靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，負(fù)載 Rl中為直流電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，各橋臂功放管輪流導(dǎo)通。當(dāng) ui0時(shí)，Ti、T4導(dǎo)通，T2、T3截止，流過(guò)負(fù)載 Rl的電流如圖9-I3中實(shí)線所示；當(dāng) u0 時(shí)，Ti、T4截止，T2、T3導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載 Rl的電流如圖9-I3中虛線

24、所示。 由以上分析可以看出，與 OCL電路相比在相同電源下，BTL電路中流過(guò)負(fù)載 Rl的電 流增大了一倍，理論上 BTL電路的最大輸出功率是同樣電源下OCL電路四倍。實(shí)際上獲 得的輸出功率是 OCL電路的23倍。 T. * Tj 圖9-13 BTL基本電路 9.4.2 集成BTL電路 BTL電路有各種不同輸出功率和不同電壓增益的多種型號(hào)的集成電路。本節(jié)以 TDA1556為例介紹集成 BTL電路的應(yīng)用。 TDA1556為2通道BTL電路，可作為立體聲擴(kuò)音機(jī)左右兩個(gè)聲道的功放，其閉環(huán)增 益為26dB。TDA1556內(nèi)部具有待機(jī)、凈噪功能以及有短路、電路反向、過(guò)電壓、過(guò)熱和 揚(yáng)聲器保護(hù)等。圖 9-1

25、4為其基本用法電路。 查閱手冊(cè)可知，當(dāng)Vcc=14.4V , Rl=4 Q時(shí)，若要求總諧波失真為0.1% ,則 Pom 22W。BTL電路的優(yōu)點(diǎn)是在較低電源電壓下，能獲得較大的輸出功率。但需要注意 的是，對(duì)于 BTL電路，負(fù)載的任何一端都不能與公共地線短接，否則會(huì)燒壞功放集 成塊。 A. 16 -* 號(hào)0一22叮 L 1 | 冬 0.22UF TRAI556 10 圖9-14 集成BTL電路基本用法電路 9.5 集成功率放大器4100系列簡(jiǎn)介 我國(guó)目前已成批生產(chǎn)各種系列單片集成功率放大電器，它是低頻功放的發(fā)展方向。本 節(jié)以CD4100系列單片集成功放電路為例進(jìn)行介紹。 CD4100是負(fù)載電阻4

26、 Q、電源電壓為 6V、輸出功率為1W的單片式功率放大電路。 該電路廣泛應(yīng)用于磁帶收錄機(jī)、收音機(jī)和對(duì)講機(jī)等輸出極中。 CD4100的外形與引腳排列圖如圖9-15所示。 CD4100集成功放典型接線圖如圖9-16所示。 14 2 f 13 i ij 空 扌 纟 T5 1 9 (J E )LA4IOO-LA4102 1 1 糊- i 2 空 粗源J 4 d i S 肖或 1 6 7 Pj 圖9-15 CD4100引腳示意圖 圖9-16 CD4100典型接線圖 外部元件的作用如下： Rf、Cf 與內(nèi)部電阻組成交流負(fù)反饋支路。 Cb相位補(bǔ)償。 1 Cc 輸出端電容，兩端充電電壓等于-Vcc。 2 Cd

27、 反饋電容，消除自激振蕩。 Ch 自舉電容，使復(fù)合管的導(dǎo)通電流不隨輸出電壓的升高而減小。 C3、C4 濾除波紋。 C2 電源退耦濾波，可消除低頻自激。 9.6 VMOS功率放大器 第4章所介紹的普通 MOS場(chǎng)效應(yīng)管是平面溝道結(jié)構(gòu)，這種結(jié)構(gòu)場(chǎng)效應(yīng)管的缺點(diǎn)是， 導(dǎo)電溝的電阻較大，特性曲線的線性度差，頻率特性差，硅片面積利用率低。這使它在許 多領(lǐng)域中的應(yīng)用受到限制。垂直導(dǎo)電MOS功率器件（簡(jiǎn)稱VMOS管）不僅保留了普通 MOS管的優(yōu)點(diǎn)而且實(shí)現(xiàn)了短溝道，并設(shè)置了高電阻率的漏極漂移區(qū)，從而大大提高了器 件的耐壓能力、電流處理能力和工作頻率。目前VMOS管的耐壓水平已經(jīng)提高到 1000V,電流處理能力達(dá)到

28、 200A，工作頻率為數(shù)百兆赫。 9.6.1 功率場(chǎng)效應(yīng)管(VMOS簡(jiǎn)介 VMOS場(chǎng)效應(yīng)管的工作原理與第 4章中介紹的N溝道增強(qiáng)型 MOS管類似。當(dāng)柵源電 壓Ugs為負(fù)值時(shí)，柵極下面的P型區(qū)表面(V型外側(cè))堆積大量的空穴，不能溝通源區(qū)和漏 區(qū)。當(dāng)柵源電壓 Ugs為正值但比較小時(shí)，P形區(qū)表面為耗盡區(qū)，仍不導(dǎo)電。這時(shí)即使加上 漏源電壓Uds，也不能形成漏極電流 Id，VMOS處于截止?fàn)顟B(tài)。當(dāng)正的柵源電壓增大到一 定數(shù)值時(shí)，會(huì)在柵極下面的P型區(qū)表面形成由電子構(gòu)成的N型反型層，這就是溝通源區(qū) 和漏區(qū)的導(dǎo)電溝道。此時(shí)，如果在漏極和源極之間加上電壓Uds，就會(huì)有漏極電流 Id流 過(guò)，其方向與電子流動(dòng)方向相

29、反。電子從源極經(jīng)過(guò)N型導(dǎo)電溝道流到漂移區(qū)，然后 垂直地流到漏極，如圖9-17中虛線所示?？梢婋娏鞑辉偈茄乇砻嫠椒较蛄鲃?dòng)，而是利 用V型槽實(shí)現(xiàn)了垂直方向流動(dòng)，故又稱為VVMOS結(jié)構(gòu)。 !【 NW底 i II H Tlllll I 叩 I I I 13 11II 門廠11 I 尋41溝遭 Si T3的基極，Ui的負(fù)半 周使T2管導(dǎo)通（T3管截止），有電流通過(guò)負(fù)載 Rl，同時(shí)向電容 Co充電，在Ui的正半周，T3 導(dǎo)通（T2截止），則已充好電的電容器 Co起著電源的作用，通過(guò)負(fù)載 Rl放電，這樣在 Rl 上就得到完整的正弦波。 11- 51011 bSOLl G IOOiF 0K D 乂 2CP

30、1幼屮卜 IU11F Ti lOGpF 9-19 OTL低頻功率放大器 4. 實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟 （1）靜態(tài)工作點(diǎn)的測(cè)試 按圖9-19連接實(shí)驗(yàn)電路，電源進(jìn)線中串入直流毫安表，電位器Rp2置最小值，Rp1置 中間位置。接通+5V電源，觀察毫安表指示，同時(shí)用手觸摸輸出極管子，若電流過(guò)大，或 管子溫升顯著，應(yīng)立即斷開電源檢查原因（如RP2開路，電路自激，或輸出管性能不好 等）。如無(wú)異?，F(xiàn)象，可開始調(diào)試。 調(diào)節(jié)輸出端中點(diǎn)電位 調(diào)節(jié)電位器Rp1，用直流電壓表測(cè)量A點(diǎn)電位，使VA =Vee。 2 調(diào)整輸出極靜態(tài)電流及測(cè)試各極靜態(tài)工作點(diǎn) 調(diào)節(jié)RP2,使T2、T3管的|C2 = Ic3=510mA。從減小交越失真

31、角度而言，應(yīng)適當(dāng)加 大輸出極靜態(tài)電流，但該電流過(guò)大，會(huì)使效率降低，所以一般在510mA，左右為宜。 由于毫安表是串在電源進(jìn)線中，因此測(cè)得的是整個(gè)放大器的電流。但一般Ti的集電極電 流較小，從而可以把測(cè)得的總電流近似當(dāng)作末級(jí)的靜態(tài)電流。如要準(zhǔn)確得到末級(jí)靜態(tài)電 流，則可從總電流中減去lei的值。 調(diào)整輸出極靜態(tài)電流的另一方法是動(dòng)態(tài)調(diào)試法。先使Rp2=0。在輸入端接入f = 1kHz 的正弦信號(hào) Ui。逐漸加大輸入信號(hào)的幅度時(shí)，輸出波形會(huì)出現(xiàn)較嚴(yán)重的交越失真(注意:沒 有飽和和截止失真)，然后緩慢增大 RP2，當(dāng)交越失真剛好消失時(shí)，停止調(diào)節(jié)RP2，恢復(fù) Ui =0,此時(shí)直流毫安表讀數(shù)即為輸出極靜態(tài)電

32、流，一般數(shù)值也應(yīng)在510mA左右，如過(guò) 大，則要檢查電路。 在調(diào)整RP2時(shí)，一是要注意旋轉(zhuǎn)方向，不要調(diào)得過(guò)大，更不能開路，以免損壞 輸出管。 輸出管靜態(tài)電流調(diào)好，如無(wú)特殊情況，不得隨意旋動(dòng)Rp2的位置。 (2) 最大輸出功率Pom和效率的測(cè)試 測(cè)量Pom 輸入端接f=1kHz的正弦信號(hào)，輸出端用示波器觀察輸出電壓Uo波形。逐漸增大 Ui , 使輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出，用交流毫安表測(cè)出負(fù)載Rl上的電壓Uom,則 P =u! Pom= Rl 測(cè)量 當(dāng)輸入電壓為最大不失真輸出時(shí)，讀出直流毫安表中的電流值，此電流即為直流電源 供給的平均電流lD(AV)(有一定誤差)。由此可近似求得PDC=Vee|D(AV)，再根據(jù)上面測(cè)得的 Pom,即可求出 = _Pom PDC 5. 預(yù)習(xí)要求 (1) 復(fù)習(xí)有關(guān)OTL工作原理的內(nèi)容。 (2) 交越失真產(chǎn)生的原因是什么？怎樣克服交越失真？ (3) 電路中電位器Rp2如果開路或短路，對(duì)電路工作有何影響? 為了不損壞輸出管，調(diào)試中應(yīng)注意什么問(wèn)題？ (5) 如電路有自激現(xiàn)象，應(yīng)如何消除？ 6. 實(shí)訓(xùn)報(bào)告 Pom、效率等，并與理 (1) 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)，最大不失真輸出功率 論值進(jìn)行比較。 (2)