第九章 功率放大電路

1、第九章第九章 功率放大電路功率放大電路9.1功率放大電路的主要特點功率放大電路的主要特點9.2互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路9.3實際的功率放大電路實際的功率放大電路9.4集成功率放大器集成功率放大器本章重點和考點：本章重點和考點：1.重點掌握功放的分類、最大輸出電壓、最大輸重點掌握功放的分類、最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計算。出功率和效率的計算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章教學(xué)時數(shù)：本章教學(xué)時數(shù)：4學(xué)時學(xué)時本章討論的問題：本章討論的問題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大電路有什么區(qū)別？電路有什

2、么區(qū)別？Q點如何設(shè)定？點如何設(shè)定？2.什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態(tài)？3.互補式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？互補式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？4.甲類、乙類、甲乙類功放電路的最大輸出電壓、最甲類、乙類、甲乙類功放電路的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率如何計算。（大輸出功率和效率如何計算。（OTL、OCL）學(xué)習(xí)方法：學(xué)習(xí)方法：圖解法圖解法贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件9.1功率放大電路的主要特點功率放大電路的主要特點對功放的主要要求：對功放

3、的主要要求：1. 根據(jù)負載要求，提供所需要的輸出功率。根據(jù)負載要求，提供所需要的輸出功率。cmcemcmcemom2122IUIUP 最大輸最大輸出功率出功率2. 具有較高的效率具有較高的效率VOPP 輸出功率輸出功率直流電源直流電源提供功率提供功率3. 盡量減小非線性失真。盡量減小非線性失真。分析方法分析方法：由于三極管工作在大信號狀態(tài)，一般：由于三極管工作在大信號狀態(tài)，一般 不采用微變等效電路法，常采用不采用微變等效電路法，常采用圖解法圖解法。贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件射極跟隨器對正、負向輸入信號跟隨能力不同。射

4、極跟隨器對正、負向輸入信號跟隨能力不同。uiu0+VCC-VEEReRLVT(1)當(dāng)輸入電壓為正時當(dāng)輸入電壓為正時最大正輸出電壓為最大正輸出電壓為(2)當(dāng)輸入電壓為負時當(dāng)輸入電壓為負時最大負向輸出電壓為最大負向輸出電壓為)(EEeLLOmVRRRUUOM=(VCC -UCES )問題：問題：射極跟隨器的效率等于多大？射極跟隨器的效率等于多大？問題：問題：射極跟隨器能射極跟隨器能否作為功率放否作為功率放大電路？大電路？贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路傳統(tǒng)的功放為變壓器耦合式電路電源提供的功率為電源

5、提供的功率為PVICQ VCC ，全部消耗在管子上。，全部消耗在管子上。則可作出交流負載線則可作出交流負載線RL等效到原邊的電阻為等效到原邊的電阻為LLRNNR221)(功放的電路形式功放的電路形式：互補對稱式電路：互補對稱式電路贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件CCCQCCCQmVIVIP21220在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形即三角形QAB的面積的面積在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變直流電源提供

6、的功率不變電路的最大效率為電路的最大效率為: Pom / PV =50 贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件實用的變壓器功率放大電路實用的變壓器功率放大電路希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號愈大，負載獲得的功率也愈大，電源提供的功率也愈大，負載獲得的功率也愈大，電源提供的功率也隨之增大，從而提高效率。隨之增大，從而提高效率。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路變壓器耦合乙類推挽功率放大電路圖圖9.12變壓器耦合乙類推挽功率放大電路變壓器耦合乙類推挽功率放大電路同類型管子在電路中交

7、同類型管子在電路中交替導(dǎo)通的方式稱為替導(dǎo)通的方式稱為“推推挽挽”工作方式。工作方式。無輸入信號，二管截止無輸入信號，二管截止有輸入信號，二管交替有輸入信號，二管交替導(dǎo)通導(dǎo)通贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件功率放大電路的分類功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據(jù)晶體管在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據(jù)晶體管在信號整個周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類在信號整個周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類甲類甲類( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲

8、乙類甲乙類( ( 2 ) )丙類丙類： 導(dǎo)通角導(dǎo)通角 小于小于 。丁類丁類：功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子：功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，管子僅在飽和導(dǎo)通時消耗功率。僅在飽和導(dǎo)通時消耗功率。集電極電流集電極電流iC將嚴重失真。將嚴重失真。贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件9.2互補對稱式功率放大電路互補對稱式功率放大電路9.2.1OTL 互補對稱電路互補對稱電路(Output TransfomerLesss)一、一、OTL 乙類互補對稱電路乙類互補對稱電路2CCV在輸入信號的正半周，在輸入信號的正半周，VT1 導(dǎo)通，導(dǎo)通，iC1 流過負

9、載；流過負載；負半周，負半周，VT2導(dǎo)通，導(dǎo)通，iC2 流過負載。流過負載。在信號的整個周期都有在信號的整個周期都有電流流過負載，負載上電流流過負載，負載上 iL 和和 uO 基本上是正弦波?；旧鲜钦也?。存在的問題：存在的問題：交越失真交越失真交越交越失真失真圖圖 9.2.11.電路的組成電路的組成2.工作原理工作原理大電大電容容問題：問題：Q點如何調(diào)節(jié)？點如何調(diào)節(jié)？贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件3.OTL 乙類互補電路圖解分析求乙類互補電路圖解分析求UOM 、 POM和和Icm1 = Icm2 Icm，Ucem1

10、= Ucem2 = Ucem，CESCCcem2UVU L2cmCC0cmCCV2)(dsin12CCRVIVttIVP %5 .78Vom PP 圖圖 9.2.3L2CCL2CESCCL2cemcmcemom81)2(212121RVRUVRUIUP贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件4.三極管的最大功耗三極管的最大功耗PTMT截止、飽和時，三極管功耗很小。截止、飽和時，三極管功耗很小。T處于放大時，會出現(xiàn)最大功耗處于放大時，會出現(xiàn)最大功耗PTM 。 二個三極管二個三極管 的總功耗的總功耗0.4P0M，每個三極管的最，每個三

11、極管的最大功耗為大功耗為PTM=0.2P0M5.OTL乙類互補對稱電路的特點乙類互補對稱電路的特點主要優(yōu)點：效率高主要優(yōu)點：效率高主要問題：會出現(xiàn)交越失真主要問題：會出現(xiàn)交越失真贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件二、二、OTL 甲乙類互補對稱電路甲乙類互補對稱電路圖圖 9.2.4OTL 互補對稱輸出級互補對稱輸出級R、VD1、VD2 為兩管提為兩管提供一小的靜態(tài)偏置電壓，使供一小的靜態(tài)偏置電壓，使得在輸入信號等于零時，管得在輸入信號等于零時，管子微導(dǎo)通，以克服交越失真。子微導(dǎo)通，以克服交越失真。圖圖 9.2.5OTL 互補電

12、路波形圖互補電路波形圖tuIOtiC1OtiC2OtuOO問題：問題：如何消除如何消除交越交越失真失真？贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件OTL甲乙類互補對稱電路小結(jié)甲乙類互補對稱電路小結(jié)1.采用甲乙類電路可消除交越失真。采用甲乙類電路可消除交越失真。2.靜態(tài)工作點靜態(tài)工作點Q的位置很低，目的是提高效率。的位置很低，目的是提高效率。3. UOM 、 POM和和的計算可近似用的計算可近似用OTL乙類互乙類互補對稱電路方法計算。補對稱電路方法計算。4.二個三極管二個三極管 的總功耗的總功耗0.4P0M，每個三極管的最，每個三極管

13、的最大功耗為大功耗為PTM=0.2P0M贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件9.2.2OCL 互補對稱電路互補對稱電路(Output CapacitorLess)圖圖 9.2.6OCL 互補對稱電路互補對稱電路Ucem = VCC - - UCESL2CCL2CESCCLcem2om22)(21RVRUVRUP L2cmCC0cmCCVCC22)(dsin1RVIVttIVP %5 .784Vom PP 1.電路的組成電路的組成2.功率和效率分析功率和效率分析問題：問題：Q點如何設(shè)置？點如何設(shè)置？贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教

14、研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件3.三極管的最大功耗三極管的最大功耗PTM 二個三極管二個三極管 的總功耗的總功耗0.4P0M，每個三極管的最，每個三極管的最大功耗為大功耗為PTM=0.2P0M4.OCL乙類互補對稱電路的特點乙類互補對稱電路的特點OCL電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又電路省去了大電容，即改善了低頻響應(yīng)，又 便便于集成化；于集成化；注意注意：二個三極管的發(fā)射集直接連接到負載上，如：二個三極管的發(fā)射集直接連接到負載上，如果果Q點失調(diào)，電路將點失調(diào)，電路將過載過載，損壞電路，常常在負載，損壞電路，常常在負載回路接入回路接入熔斷器熔斷器

15、作為保護。作為保護。贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件圖圖 9.3.19.3實際的功率放大電路實際的功率放大電路9.3.1OTL 音頻功率放大電路音頻功率放大電路中中間間級級前前置置放放大大級級功功率率放放大大級級電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋電容：相位補償電容：相位補償贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件1. 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)1011 . 01 . 01014144iof RRRFUUAu2. 最大輸出功率最大輸出功率Lom2om2RUP V

16、 4.5V)5 . 01212(2R11CESCCom UUVU W63. 0W)165 . 421(22Lom2om所以所以 RUP實際上功率管不能工作在接近飽和區(qū)，本電路的實際上功率管不能工作在接近飽和區(qū)，本電路的實際輸出功率小于或等于實際輸出功率小于或等于0.5W。贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件9.3.2OCL 高保真功率放大電路高保真功率放大電路圖圖 9.3.2高保真高保真 OTL 功率放大電路功率放大電路帶恒流源的差動放大輸入級帶恒流源的差動放大輸入級共射放大電路中間級共射放大電路中間級OCL準(zhǔn)互補對稱電路準(zhǔn)互

17、補對稱電路電壓串聯(lián)交流負反饋電壓串聯(lián)交流負反饋相位補償相位補償贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件1. 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)5 .3662. 062. 022b2Fb2iof RRRUUAu2. 最大輸出功率最大輸出功率Lom2om2RUP V7 . 91V)18 . 027 . 0124(Re9BE9BE7Re4EC4CCom UUUUUVU W3 .24W)87 .1921(22Lom2om RUP所以所以為了避免產(chǎn)生明顯的失真，電路的實際輸出功率應(yīng)適為了避免產(chǎn)生明顯的失真，電路的實際輸出功率應(yīng)適當(dāng)減小，本電路

18、的額定輸出功率為當(dāng)減小，本電路的額定輸出功率為20W。贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件9.4集成功率放大器集成功率放大器OTL、OCL電路均有各種不同電壓增益的多種型號的集電路均有各種不同電壓增益的多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。集成功放的優(yōu)點：集成功放的優(yōu)點：溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失溫度穩(wěn)定性好，電源利用率高，功耗較低，非線性失真較小，內(nèi)部有各種保護電路。真較小，內(nèi)部有各種保護電路。集成功放的分類：集成功放的分類：通用型功放、專用型

19、功放通用型功放、專用型功放單通道功放、雙通道功放單通道功放、雙通道功放小功率功放、大功率功放小功率功放、大功率功放贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件圖圖 9.4.1集成功放集成功放 5G31 的電路原理圖的電路原理圖一、集成功放一、集成功放 5G31電路電路單入雙出差分放大電路單入雙出差分放大電路單管放大電路單管放大電路單管共射放大電路單管共射放大電路功率放大級功率放大級電壓串聯(lián)負反饋電壓串聯(lián)負反饋贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件二、引腳和典型接法二、引

20、腳和典型接法5G31共有共有14個引腳個引腳典型接法見典型接法見P483 圖圖9.4.2三、三、 主要技術(shù)指標(biāo)主要技術(shù)指標(biāo)見見P484贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件1. 閉環(huán)電壓放大倍數(shù)閉環(huán)電壓放大倍數(shù)11110110810iof RRRUUAu2. 最大輸出功率最大輸出功率(若接成若接成OTL互補對稱輸出級互補對稱輸出級) W1W82)22/12(2)2/(2L2CESCCom RUVP所以所以四、參數(shù)的計算四、參數(shù)的計算 贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件贛南師范學(xué)院物電學(xué)院電工電子教研室模擬電路多媒體課件附：附：LM386內(nèi)部電路內(nèi)部電路圖圖9.4.1LM386內(nèi)部電路原理圖內(nèi)部電路原理圖第一級差分放大電路第一級差分放大電路（雙入單出）（雙入單出）第二級共射放大電路第二級共射放大電路（恒流源作有源負載）（恒流源作有源負載）第三級第三級OTL功放電路功放電路輸出端應(yīng)外接輸出電輸出端應(yīng)外接輸出電容后再接負載。容后再接負載。電阻電阻R7從輸出端連接到從輸出端連接到T2的發(fā)射極形成反饋通道，并與的發(fā)射極形成反饋通道，并與R5和和R6構(gòu)成反饋網(wǎng)絡(luò)，引入深度電壓