第五章功率放大電路

1、5.1 功率放大電路概述功率放大電路概述 5.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 5.3 集成功率放大器集成功率放大器*5.4 功率管的安全使用功率管的安全使用教學(xué)目標(biāo)教學(xué)目標(biāo)1 1、了解功放電路特點(diǎn)、分類、對(duì)功放電路要求。熟悉低頻了解功放電路特點(diǎn)、分類、對(duì)功放電路要求。熟悉低頻功放電路主要技術(shù)指標(biāo)。功放電路主要技術(shù)指標(biāo)。 2、熟悉熟悉OCL、OTL電路組成、工作原理、性能參數(shù)估算方電路組成、工作原理、性能參數(shù)估算方法。法。 3 3、掌握交越失真產(chǎn)生原因、消除交越失真方法。掌握交越失真產(chǎn)生原因、消除交越失真方法。 4 4、掌握復(fù)合管組成原則。掌握復(fù)合管組成原則。 教學(xué)目標(biāo)教學(xué)

2、目標(biāo)5、熟悉常用集成功率放大器（熟悉常用集成功率放大器（LA4102、LM386、TDA2030等）引腳功能，了解其主要技術(shù)指標(biāo)。熟悉集成功放應(yīng)用電等）引腳功能，了解其主要技術(shù)指標(biāo)。熟悉集成功放應(yīng)用電路組成、外接元器件作用，會(huì)估算閉環(huán)增益。路組成、外接元器件作用，會(huì)估算閉環(huán)增益。 6、選學(xué)選學(xué)BTL電路原理及其由集成功放構(gòu)成的應(yīng)用電路。電路原理及其由集成功放構(gòu)成的應(yīng)用電路。 7、選學(xué)功放管二次擊穿和熱致?lián)舸┈F(xiàn)象及其保護(hù)措施，功選學(xué)功放管二次擊穿和熱致?lián)舸┈F(xiàn)象及其保護(hù)措施，功放管等功率器件散熱計(jì)算及散熱片的選擇。放管等功率器件散熱計(jì)算及散熱片的選擇。 5.1 功率放大電路概述功率放大電路概述 能

3、夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路（Power amplifier），簡(jiǎn)稱功放。 5.1.1 功率放大電路特點(diǎn)和要求功率放大電路特點(diǎn)和要求 一、功率放大電路的特點(diǎn)一、功率放大電路的特點(diǎn) 從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，功率放大電路與電壓放大電路都屬于能量轉(zhuǎn)換電路，均將電源的直流功率轉(zhuǎn)換成被放大信號(hào)的交流功率。兩種電路的比較如下表所示： 二、對(duì)功率放大電路的要求二、對(duì)功率放大電路的要求1、應(yīng)有足夠大的輸出功率。2、效率要盡可能的高。3、非線性失真要小。4、功率管要采取散熱等保護(hù)措施。 5.1.2 功率放大電路的分類功率放大電路的分類圖.1.1 各類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其波形（a）工作

4、點(diǎn)位置 （b）甲類波形 （c）甲乙類波形（d）乙類波形 1、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類：、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類： 2、按信號(hào)頻率分類、按信號(hào)頻率分類(1)低頻 本章討論(2)高頻 高頻電路中討論 5.1.3 低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo) Iom表示輸出電流振幅，Uom表示輸出電壓振幅。omomomomom212121UIUIP 1最大輸出功率最大輸出功率Pom 輸出功率Po等于輸出電壓與輸出電流的有效值乘積，即 最大輸出功率Pom是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。 2效率效率 PPVo 就是負(fù)載上得到的有用信號(hào)功率Po與電源供給的直流功率PV之比，即 3

5、非線性失真系數(shù)非線性失真系數(shù)THD 式中，Im1、Im2、Im3和Um1、Um2、Um3分別表示輸出電流和輸出電壓中的基波分量和各次諧波分量的振幅。 UUUIIITHD2m32m2m12m32m2m111THD用來(lái)衡量非線性失真的程度，即： 5.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 功率放大器早期采用變壓器耦合輸出，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但體積大、傳輸損耗大，在實(shí)際中已使用不多。 目前大量應(yīng)用的是無(wú)變壓器的乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。按電源供給的不同，分為雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路和單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路。 5.2.1 OCL電路電路 一、基本電路及其工作原理一、基本電路及其工作原理 雙電

6、源互補(bǔ)對(duì)稱電路又稱無(wú)輸出電容的功放電路，簡(jiǎn)稱OCL電路，其原理電路如圖5.2.1 （a）所示。圖中V1、V2為導(dǎo)電類型互補(bǔ)（NPN、 PNP）且性能參數(shù)完全相同的功放管。兩管均接成射極輸出電路以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。 圖5.2.1 OCL基本原理電路a)基本原理電路 b)輸入信號(hào)波形 c)輸出信號(hào)波形 1、靜態(tài)分析 靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止, 故靜態(tài)電流為零，又由于兩管特性對(duì)稱，故兩管輸出端的靜態(tài)電壓為零。 2、動(dòng)態(tài)工作情況 電路輸入如圖5.2.1（b）所示的正弦信號(hào)。(1)在ui正半周期間， V1發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，V2發(fā)射結(jié)反偏而截止。(2)在ui負(fù)半周期間，V1發(fā)射結(jié)反偏截止，V2發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通。

7、V1、V2兩管分別在正、負(fù)半周輪流工作，使負(fù)載RL獲得一個(gè)完整的正弦波信號(hào)電壓，如圖5.2.1（c）所示。 *二、圖解分析二、圖解分析 該電路負(fù)載線方程式為uCE=VCCiCRL，設(shè)管子的ICEO0，則靜態(tài)電流IC1IC20。則UCEQ=VCC。屬于乙類功放電路。由此可作出如圖5.2.2所示斜率為1/RL的負(fù)載線。 為便于分析，將V2管的特性曲線倒置于V1管特性曲線的右下方，且使Q點(diǎn)位置對(duì)齊。圖中顯示了兩管信號(hào)電流iC1和iC2波形及合成后的uce波形。 從圖中可以看出，任意一個(gè)半周期內(nèi)，每個(gè)管子c、e兩端信號(hào)電壓為|uCE|VCC|uo|，而輸出電壓uouceioRLicRL。 在一般情況下

8、，UomUcem，IomIcm，其大小隨輸入信號(hào)幅度而變，最大輸出電壓幅度為Uom(max)VCCUCE(sat)VCC。 圖5.2.2 乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的圖解分析 三、電路性能參數(shù)計(jì)算三、電路性能參數(shù)計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，Ucem=VCCUCE(sat)VCC，則 RUUIPL2cemcemcmo2121L2CCLsat)(CECC2L2cemom212121RVRUVRUP）（1最大輸出功率最大輸出功率Pom由圖可見(jiàn)，IomIcm，UomUcem，得 2直流電源供給功率直流電源供給功率PV LcemCCcmCCCCavEEavCCavV222RUVIVVIVIVIP 根據(jù)富氏級(jí)數(shù)

9、分解，周期性半波電流的平均值IavIcm / ，因此正負(fù)電源供給的直流功率 3管耗管耗PC ）（）（41212cemcemCCLoVC1UUVRPPP (2)輸出最大功率時(shí)的管耗輸出最大功率時(shí)的管耗Pc1(UcemVcc) Pc1(Ucem)0.137Pom。 (3)最大管耗最大管耗當(dāng) Ucem= 時(shí)出現(xiàn)最大管耗，且為Pcm10.2Pom。CC2V (1)平均管耗平均管耗 由于V1、V2各導(dǎo)通半個(gè)周期，且兩管對(duì)稱，故兩管的管耗相同，每只管子的平均管耗為 4效率效率CCcemVo4VUPP當(dāng)電路輸出最大功率時(shí)，UcemVCC， 5 .784m 四、功放管的選擇四、功放管的選擇omcm1CM20P

10、.PPCC(BR)CEO2VULCCCMRVI功放管的極限參數(shù)有PCM、ICM、U（BR）CEO，應(yīng)滿足下列條件 1、功放管集電極的最大允許功耗2、功放管的最大耐壓U（BR）CEO 當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只管子承受的最大反向電壓為2VCC。故 3、功放管的最大集電極電流4、選擇示例例5.2.1 OCL電路的VCC Vcc20V，負(fù)載RL8，功放管如何選擇？ 解：（1）最大輸出功率 W25W82021212L2CComRVPW5W252 . 02 . 0omCMPP（2） （3） V40V2022CC(BR)CEO VUA5 . 2A820LCCCMRVI 五、交越失真與五、交越失真與OCL

11、實(shí)用電路實(shí)用電路圖 5.2.3 交越失真波形 1交越失真交越失真 乙類放大電路靜態(tài)IC為零，效率高。但只有當(dāng)信號(hào)電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)，管子才能導(dǎo)通。因此，當(dāng)信號(hào)電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，就沒(méi)有電壓輸出。因此，信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近，其波形會(huì)出現(xiàn)失真，稱為交越失真，如圖5.2.3所示。 2交越失真消除交越失真消除圖5.2.4 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路 為了消除交越失真，應(yīng)為兩功放管提供一定的偏置，一般采用如圖5.2.4所示電路。其中，V3組成電壓放大級(jí)，Rc為其集電極負(fù)載電阻， VD1、VD2正偏導(dǎo)通，和RP一起為V1、V2提供偏壓，使V1、V2在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即處于甲乙類工作狀態(tài)。此外，VD1、VD2

12、還有溫度補(bǔ)償作用，使V1 、V2管的靜態(tài)電流基本不隨溫度的變化而變化。 3電路裝配注意事項(xiàng)電路裝配注意事項(xiàng) 在圖5.2.4的電路中，若RP、 VD1、VD2中任一元件虛焊，則從+VCC經(jīng)Rc，V1管發(fā)射結(jié)、V2管發(fā)射結(jié)、V3集電極-發(fā)射極、Re到Vcc形成一個(gè)通路，有較大的基極電流IB1和IB2流過(guò)，從而導(dǎo)致V1、 V2管因功耗過(guò)大而損壞。故常在輸出回路中串接熔斷器以保護(hù)功放管和負(fù)載。 例.5.2.2 甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖5.2.4所示，VCC12V，RL35，兩個(gè)管子的UCE(sat)2V，試求（1）最大不失真輸出功率；（2）電源供給的功率；（3）最大輸出功率時(shí)的效率。 W43. 12

13、1LCE(sat)CC2omRUVP）（W2 . 22Lsat)(CECCCCRUVVP）（V654CCCE(sat)CCmVUV解： 5.2.2 OTL電路電路圖5.2.5 OTL電路 1、OCL電路線路簡(jiǎn)單、效率高，但要采用雙電源供電，給使用和維修帶來(lái)不便。 2、采用單電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱電路，稱為無(wú)輸出變壓器（Output transformerless）的功放電路，簡(jiǎn)稱OTL電路，如圖5.2.5所示。其特點(diǎn)是在輸出端負(fù)載支路中串接了一個(gè)大容量電容C2。 一、一、 電路組成原理電路組成原理 1電路組成 V3組成電壓放大級(jí)，Rc1為其集電極負(fù)載，V3的偏置由輸出A點(diǎn)電壓通過(guò)RP和R1提供，組

14、成電壓并聯(lián)直流負(fù)反饋組態(tài)，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。VD1、VD2為二極管偏置電路，為V1、V2提供偏置電壓。V1、V2組成互補(bǔ)對(duì)稱電路。2 C2的作用 C2容量很大，滿足RLC2T（信號(hào)周期），有信號(hào)輸入時(shí)，電容兩端電壓基本不變，可視為一恒定值VCC/2。該電路就是利用大電容的儲(chǔ)能作用，來(lái)充當(dāng)另一組電源Vcc。此外，C2還有隔直作用。3工作原理工作原理 該電路工作原理與OCL電路相似。(1)當(dāng)ui0，V1正偏導(dǎo)通，V2反偏截止。經(jīng)V1放大后的電流經(jīng)C2送給負(fù)載RL，且對(duì)C2充電，RL上獲得正半周電壓。(2) 當(dāng)ui0，V1反偏截止，V2正偏導(dǎo)通，C2放電，經(jīng)V2放大的電流由該管集電極經(jīng)RL和C2流回發(fā)

15、射極，負(fù)載RL上獲得負(fù)半周電壓。(3)輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2。二、電路性能參數(shù)計(jì)算 OTL電路與OCL電路相比，每個(gè)管子實(shí)際工作電源電壓不是VCC，而是VCC/2，故計(jì)算OTL電路的主要性能指標(biāo)時(shí)，將OCL電路計(jì)算公式中的參數(shù)VCC全部改為VCC/2即可。 5.2.3 采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路采用復(fù)合管的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 一、復(fù)合管一、復(fù)合管 輸出功率較大的電路，應(yīng)采用較大功率的功率管。但大功率管的電流放大系數(shù)往往較小，且選用特性一致的互補(bǔ)管也比較困難。故在實(shí)際應(yīng)用中，用復(fù)合管（Darlington connection）來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。 復(fù)合管是指用兩只或多只三極

16、管按一定規(guī)律進(jìn)行組合，等效成一只三極管，復(fù)合管又稱達(dá)林頓管。復(fù)合管的組合方式如圖5.2.6所示。圖5.2.6 復(fù)合管的組合方式（a）NPN管 （b）PNP管 （c）PNP管 （d）NPN管 復(fù)合管具有如下特點(diǎn)： （1）復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于前一只管子：即iB向管內(nèi)流者等效為NPN管,如圖5.2.6中的a、d所示。iB向管外流者等效為PNP管，如圖5.2.6 b、c所示。（2）復(fù)合管的電流放大系數(shù)12。 （3）組成復(fù)合管的各管各極電流應(yīng)滿足電流一致性原則，即串接點(diǎn)處電流方向一致，并接點(diǎn)處保證總電流為兩管輸出電流之和。 二、采用復(fù)合管的二、采用復(fù)合管的OTL實(shí)用電路實(shí)用電路圖5.2.8 采用復(fù)合管

17、組成的OTL電路 1電路組成 圖5.2.8為采用復(fù)合管組成的OTL功率放大器，這種電路又稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱（Quasi complementary circuit）功率放大器。其中，V1組成激勵(lì)級(jí)，它的基極偏壓取自于中點(diǎn)電位VCC。RP1引入交直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋。V2、V4復(fù)合成NPN管，V3、V5復(fù)合成PNP管。 2放大原理 當(dāng)V1集電極輸出正半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4導(dǎo)通，V3、V5截止，被放大的正半周信號(hào)電流經(jīng)C送到負(fù)載RL上，形成正半周輸出電壓，同時(shí)，C上被充上VCC/2的電壓。 當(dāng)V1集電極輸出負(fù)半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4截止，V3、V5導(dǎo)通，此時(shí)，電源VCC不供電，由C放電提供V3、V

18、5工作所需直流功率，在負(fù)載上形成負(fù)半周輸出電壓。它與正半周輸出電壓合成一個(gè)完整的正弦波形。3自舉電路原理及作用 電路中的C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”（Bootstrapping circuit）。 不接C2時(shí)，信號(hào)越強(qiáng)，V2、V4導(dǎo)通越充分，K點(diǎn)電位上升越多，將使V2、V4的正偏壓UBE減小，輸出電流也減小，限制了輸出功率的提高。 在電路中加入C2后，其兩端被充上一定電壓值。由于C2容量大，充放電時(shí)間常數(shù)大，其兩端電壓可視為基本不變。當(dāng)正半周信號(hào)通過(guò)V2，V4使K點(diǎn)電位上升時(shí)，G點(diǎn)電位跟著升高，UG=UK+UC2，UG可高于VCC，使V2、V4基極電位升高，保證了V2，V4的大電流

19、輸出，提高了輸出功率。 R9為隔離電阻，防止輸出信號(hào)經(jīng)電容C2短路到地。 這種因C2的作用使G點(diǎn)電位隨K點(diǎn)電位升高而上升的方式叫“自舉”。具有自舉功能的電路叫自舉電路。 5.3 集成功率放大器集成功率放大器 集成功率放大器是在集成運(yùn)放基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其內(nèi)部電路與集成運(yùn)放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它與集成運(yùn)放又有很大的不同。電路內(nèi)部多施加深度負(fù)反饋。 集成功率放大器廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、電視機(jī)、開(kāi)關(guān)功率電路、伺服放大電路中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。 除單片集成功放電路外，還有集成功率驅(qū)動(dòng)器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構(gòu)成大功率放大電路，有的集成電路本身包含兩

20、個(gè)功率放大器，稱為雙聲道功放。 現(xiàn)以LA4102、LM 386、 TDA7050等單片集成音頻功率放大器為例，介紹其主要參數(shù)和典型應(yīng)用電路。 5.3.1 LA4102集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用圖5.3.1 LA4102封裝外形與內(nèi)部框圖 （a）封裝外形 （b）內(nèi)部框圖 一、一、LA4102及其主要參數(shù)及其主要參數(shù) LA4102是一種應(yīng)用很廣的集成功放。它常被用于收錄機(jī)、對(duì)講機(jī)等小功率電路中。 1LA4102的引腳排列、功用和內(nèi)部框圖 LA4102引腳分布如圖5.3.1a所示。它是帶散熱片的14腳雙列直插式塑料封裝，其引腳是從散熱片頂部起按逆時(shí)針?lè)较蛞来尉幪?hào)的。 各引腳功用如下

21、： 1輸出端； 3接地； 4、5消振；6反相輸入端；9同相輸入端 ；10 、12 退耦濾波； 8公共射極電位 ； 13接自舉電容； 14正電源； 2、7、11 空腳。 LA4102內(nèi)部框圖如圖5.3.1b所示，主要包括以下部分：輸入級(jí)為差動(dòng)放大電路；激勵(lì)級(jí)為高增益共射放大電路；輸出級(jí)為復(fù)合管構(gòu)成的準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路；偏置電路給各級(jí)提供穩(wěn)定的偏置電流。圖中R=20k電阻是集成電路內(nèi)部設(shè)置的反饋電阻，在實(shí)際應(yīng)用中，通過(guò)改變接在6腳的外接電阻大小，就可改變放大器電壓放大倍數(shù)。 2LA4102的主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)LA4102主要技術(shù)指標(biāo)參數(shù)見(jiàn)表5.3.1。 二、二、LA4102應(yīng)用電路應(yīng)用電路圖5.3.2

22、LA4102典型應(yīng)用電路 外圍元件的作用如下：C1為輸入耦合電容；C2、C4為濾波電容，用于消除偏置中的紋波電壓；C5和C6起相位補(bǔ)償作用，以消除高頻寄生振蕩； C7用于防止高頻自激振蕩； C8為自舉電容，以提高最大不失真輸出功率；C9起電源退耦濾波作用；C10為OTL電路輸出電容。C3、Rf與內(nèi)部的20k的電阻R組成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。 LA4102組成的OTL功率放大器如圖5.3.2所示。 5.3.2 LM386集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用 圖5.3.3 LM 386外形與管腳排列（a)外形圖 （b)管腳排列圖 一、外形、管腳排列及內(nèi)電路一、外形、管腳排列及內(nèi)電路 LM

23、 386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)和信號(hào)發(fā)生器中； LM 386的外形與管腳圖如圖5.3.3所示，它采用8腳雙列直插式塑料封裝。 LM386有兩個(gè)信號(hào)輸入端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端；每個(gè)輸入端的輸入阻抗均為50 k，而且輸入端對(duì)地的直流電位接近于零，即使輸入端對(duì)地短路，輸出端直流電平也不會(huì)產(chǎn)生大的偏離。圖5.3.4 LM386內(nèi)部電路圖 LM386的內(nèi)部原理電路如圖5.3.4所示。 二、主要性能指標(biāo)及估算二、主要性能指標(biāo)及估算RRRRA/2435uf當(dāng)引腳、之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí) 200235ufRRA 所以，當(dāng) 、腳外接不同阻值電阻時(shí)，Au

24、的調(diào)節(jié)范圍為20200（2646dB）。 1主要性能指標(biāo) LM386-4的電源電壓范圍為518v。當(dāng)電源電壓為6V時(shí)，靜態(tài)工作電流為4mA。當(dāng)Vcc=16V，RL=32時(shí)輸出功率為1W。、腳開(kāi)路時(shí)帶寬300kHZ，總諧波失真為0.2%,輸入阻抗為50K。2估算設(shè)引腳、腳間外接電阻R，則三、三、LM386應(yīng)用電路應(yīng)用電路 圖5.3.5 LM386應(yīng)用電路 用LM386組成的OTL功放電路如圖5.3.5所示，信號(hào)從3腳同相輸入端輸入，從5腳經(jīng)耦合電容(220F)輸出。 5.3.3 TDA7050T集成功放電路及其應(yīng)用集成功放電路及其應(yīng)用圖5.3.6 TDA7050T立體聲功放電路 TDA7050T

25、是荷蘭菲利普公司生產(chǎn)的集成功放芯片。其外形尺寸小，外接元件少，常用來(lái)組裝低電壓的薄型袖珍單放機(jī)收音機(jī)等。 TDA7050T為8腳扁平塑料封裝，由它組成的立體聲功放電路如圖5.3.6所示。兩只47F電解電容為耦合電容，電路電壓 增 益 為 2 6 d B 。 當(dāng)+Vcc=3V,RL=32,Pom=36mw。5.3.4 TDA20305.3.4 TDA2030集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用 一、一、 TDA2030集成功放主要技術(shù)指標(biāo)及引腳排列集成功放主要技術(shù)指標(biāo)及引腳排列 TDA2030與性能類似的其他產(chǎn)品相比，具有引腳數(shù)最少、外接元件很少的優(yōu)點(diǎn)。它的電氣性能穩(wěn)定、可靠、適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間

26、連續(xù)工作，且芯片內(nèi)部具有過(guò)載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路。該芯片適用于收錄機(jī)及高保真立體擴(kuò)音裝置中作音頻功率放大器。 TDA2030引腳排列如圖5.3.7所示。 圖5.3.7 TDA2030引腳排列 TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)見(jiàn)表5.3.2。 TDA2030市場(chǎng)上有一些偽品，可用以下方法判斷芯片真?zhèn)渭捌湫阅軈?shù)是否正常。 1.電阻法 正常情況下TDA2030各腳對(duì)腳阻值見(jiàn)表5.3.3。 2.電壓法 將TDA2030接成OTL電路，去掉負(fù)載，腳用電容對(duì)地交流短路，然后將電源電壓從036V逐漸升高，用萬(wàn)用表測(cè)電源電壓和腳對(duì)地電壓，若TDA2030性能完好，腳電壓應(yīng)始終為電源電壓得一半。否則說(shuō)明該芯片為偽品

27、或殘次品。說(shuō)明電路內(nèi)部對(duì)稱性差，用作功率放大器將產(chǎn)生失真。 二、二、TDA2030實(shí)用電路實(shí)用電路 TDA2030接成OCL（雙電源）典型應(yīng)用電路如圖5.3.8所示。圖5.3.8 TDA2030雙電源典型應(yīng)用電路 圖中R3、R2、C2使TDA2030接成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。閉環(huán)增益由下式估算 231RRAuf C5、C6為電源低頻去耦電容，C3、C4為電源高頻去耦電容。R4與C7組成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，用以避免電感性負(fù)載產(chǎn)生過(guò)電壓擊穿芯片內(nèi)功率管。為防止輸出電壓過(guò)大，可在輸出端腳與正、負(fù)電源接一反偏二極管組成輸出電壓限幅電路。 TDA2030接成OTL（單電源）典型應(yīng)用電路如圖5.3.9所示。

28、圖5.3.9 TDA2030單電源典型應(yīng)用電路 圖中，R1與R2組成集成電路單電源供電的直流偏置電路，使 OUUU R3是為提高功放電路的交流輸入電阻而設(shè)置，本電路的Ri= R3=22k。其余元件的作用與圖5.3.8相對(duì)應(yīng)元件作用相同。 *5.3.5 BTL電路電路圖5.3.10 BTL基本電路 一、一、BTL電路原理電路原理 B T L ( B a l a n c e d transformerless)功率放大器又稱為橋式功率放大器。電路如圖5.3.10所示。 靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，負(fù)載接在兩輸出端之間，ui=0，u0=0。 輸入信號(hào)ui，ui的相位差1800。當(dāng)ui輸入信號(hào)正半周，ui為負(fù)半

29、周，三極管V1 V4導(dǎo)通，V2 V3截止。輸出信號(hào)u01上升多少，u02就下降多少。 當(dāng)ui為負(fù)半周時(shí)，ui為正半周，三極管V2 V3導(dǎo)通，V1 V4 截止，電流ic2 如圖虛線所示。負(fù)載上電壓、電流方向與上一半周期相反。則 = 2VCC。omuCCCCCCVVVUUUUUom2)()(02010201 在同樣的VCC數(shù)值和相同負(fù)載的條件下，BTL電路的輸出功率為OCL（或OTL）電路的4倍。 )2(42)22()2(22220LCCLCCLCCLOmmRVRVRVRUP 二、二、LM4860組成的組成的BTL電路電路圖5.3.11 LM4860內(nèi)部電路和外接電路 （a）內(nèi)部電路 （b）外接電

30、路 LM4860是采用CMOS工藝制成的橋式集成功放，其內(nèi)部組成方框圖如圖5.3.11a所示。 圖中，A1為反相放大器，其增益由外接電阻R1和R2設(shè)定。 A2為由R3和R4設(shè)定的單位增益反相放大器，它由A1的輸出信號(hào)激勵(lì)。這樣，保證了兩個(gè)功率運(yùn)放的輸出信號(hào)電壓等值反相地加在RL上，滿足橋路的要求。 單電源供電時(shí)，功率運(yùn)放的輸出靜態(tài)電壓處于電源電壓中點(diǎn)VDD2，這個(gè)電壓通過(guò)負(fù)反饋電阻分別加在兩個(gè)運(yùn)放的反相輸入端上，因此，為了實(shí)現(xiàn)運(yùn)放兩輸入端靜態(tài)電位平衡，必須在兩個(gè)運(yùn)放的同相輸入端加上相同的直流電壓，電路中該電壓由VDD通過(guò)兩個(gè)50k電阻分壓得到。 在橋式電路中，采用單電源供電的功率運(yùn)放，其輸出端

31、的隔直電容可以省略。 現(xiàn)將兩功率運(yùn)放中的功率輸出級(jí)電路單獨(dú)畫出，如圖5.3.8b所示。 可見(jiàn)，兩個(gè)運(yùn)放的輸出靜態(tài)電壓均為VDD2，因此，通過(guò)RL的直流電流等于零。由于A1中的V1-1和A2中的A2-2管同時(shí)導(dǎo)通，Al中的V1-2和A2中的V2-1管同時(shí)導(dǎo)通，因此，V1-2和V2-2不需要另加隔直電容供電，而直接由VDD通過(guò)導(dǎo)通管供電。 三、三、TDA7050T組成組成BTL電路電路 由TDA7050T組成的BTL電路如圖5.3.12所示。 圖5.3.12 TDA7050T組成BTL電路 * 5. .4 功放管的安全使用功放管的安全使用 在功放電路中功放管是在接近極限參數(shù)的、高電壓狀態(tài)下工作的功

32、率管，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用條件的變化而易損壞。因此，在功率放大實(shí)用電路中，應(yīng)采用保護(hù)措施以保證功放管的安全運(yùn)行。 5.4.1 功放管的二次擊穿及其保護(hù)功放管的二次擊穿及其保護(hù) 如1.3節(jié)所述，當(dāng)三極管集電結(jié)上的反偏電壓過(guò)大時(shí)，三極管將被擊穿，這時(shí)集電極電流迅速增大，出現(xiàn)一次擊穿，且IB越大擊穿電壓越低，稱為“一次擊穿”。如圖5.4.1a中曲線AB段所示，A點(diǎn)就是一次擊穿點(diǎn)。這時(shí)只要外電路限制擊穿后的電流，使管子的功耗不超過(guò)額定值，就不會(huì)造成管子的損壞，因此一次擊穿是可逆的。 圖5.4.1 二次擊穿及安全工作區(qū) （a）二次擊穿現(xiàn)象 （b）考慮二次擊穿后的安全工作區(qū) 三極管一次擊穿后集電極電流會(huì)驟然

33、增大，若電流不加限制，則它的工作點(diǎn)增大到臨界點(diǎn) (如圖5.4.1中B點(diǎn)) 時(shí)，三極管的工作點(diǎn)以毫秒乃至微秒級(jí)高速移向C點(diǎn)，這時(shí)三極管的管壓降uCE突然減小，電流iC急劇增大。如圖中的BD段，稱之為二次擊穿(Secondary breakdown)。二次擊穿點(diǎn)B隨iB的不同而改變，通常把這些點(diǎn)連起來(lái)的曲線叫二次擊穿臨界線簡(jiǎn)稱S/B曲線，如圖5.4.1b中所畫。 產(chǎn)生二次擊穿的原因較復(fù)雜，它是一種與電流、電壓、功率和結(jié)溫（Junction temperature）都有關(guān)系的效應(yīng)。一般認(rèn)為，由于制造工藝的缺陷，使流過(guò)管內(nèi)結(jié)面的電流不均勻，造成結(jié)局部高溫(稱為熱斑)而產(chǎn)生局部的熱擊穿，出現(xiàn)三極管尚未發(fā)

34、燙就損壞的現(xiàn)象。二次擊穿是不可逆的，經(jīng)二次擊穿后，性能明顯下降，甚至造成永久性損壞。 考慮到二次擊穿后，功放管的安全工作范圍將變小，它除了受ICM、PCM和U(BR)CEO的限制外，還要受二次擊穿臨界線的限制，其安全工作區(qū)如圖5.4.1b所示。 為了保證功放管安全工作，應(yīng)注意在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要使功放管工作在安全區(qū)域內(nèi)，而且還應(yīng)留有一定的余量；要有良好的散熱條件，功放管的結(jié)溫不可過(guò)高；避免突然加強(qiáng)信號(hào)和負(fù)載突然短路，也要避免管子突然截止和負(fù)載突然開(kāi)路；要消除電路中的寄生振蕩，少用電抗元件，適當(dāng)引入負(fù)反饋；在電路中采用過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱等保護(hù)措施等。 5.4.2 5.4.2 功放管的散熱功放管的散熱

35、一、熱致?lián)舸┈F(xiàn)象一、熱致?lián)舸┈F(xiàn)象 功放管損壞的重要原因是其實(shí)際功率超過(guò)額定功耗PcM。三極管的耗散功率取決于內(nèi)部的PN結(jié)（主要是集電結(jié)）溫度Tj，當(dāng)Tj超過(guò)手冊(cè)中規(guī)定的最高允許結(jié)溫TjM時(shí)，集電極電流將急劇增大而使管子損壞，這種現(xiàn)象稱為“熱致?lián)舸保═hermorunaway）或“熱崩”。硅管的允許結(jié)溫值為120180oC，鍺管允許結(jié)溫為85oC左右。 散熱條件越好，對(duì)于相同結(jié)溫下所允許的管耗就越大，使功放電路有較大功率輸出而不損壞管子。為了在相同散熱面積下減小散熱器所占空間，可采用如圖5.4.2ac所示的幾種常用散熱器，分別為齒輪形、指狀形和翼形，所加散熱器面積大小的要求，可參考大功率管產(chǎn)品

36、手冊(cè)上規(guī)定尺寸。除上述散熱器商品外，還可用鋁板自制平板散熱器。 圖5.4.2 散熱器的幾種形狀（a）齒輪形 （b）指狀形 （c） 翼形 二、功放管的散熱二、功放管的散熱 功率管極限功耗的大小與管子環(huán)境溫度、散熱途徑和散熱狀況有關(guān)。 功率管正常工作時(shí)，它的集電結(jié)向周圍空間散發(fā)熱量所遇到的阻力，稱為熱阻（Heat resistance）Rth。 Rth越小，表示管子集電結(jié)的熱量越容易散發(fā)出去。熱阻的單位為/W，其物理意義為集電極每耗散1W的功率所引起結(jié)溫升高的度數(shù)。它類似于電流流過(guò)導(dǎo)體時(shí)，存在電阻對(duì)電流阻力。 熱源相當(dāng)于電源，熱阻相當(dāng)于電阻，溫度差相當(dāng)于電位差。 因集電結(jié)耗散功率PC引起結(jié)溫升高至

37、Tj而產(chǎn)生的熱量，首先由集電結(jié)傳導(dǎo)至管殼，使管殼溫度升到Tc，其熱阻為R(th)jc，然后由管殼以輻射和對(duì)流的形式將熱量散發(fā)到環(huán)境溫度為Ta的環(huán)境A中，其熱阻為R(th)ca。 要想使散熱過(guò)程能順利進(jìn)行，需滿足條件：TjTcTa。 圖5.4.3為單靠管殼散熱的熱傳輸途徑示意圖，其總熱阻為 cathjcththRRR)()(圖5.4.3 單靠管殼散熱的熱傳輸途徑及其示意圖 式中，R(th)jc為晶體管的內(nèi)熱阻，它取決于管子的結(jié)構(gòu)和材料，可從手冊(cè)中查出。R(th)ca為管殼熱阻，它主要取決于管殼外形尺寸和材料。 由于管殼的熱阻很大，當(dāng)晶體管耗散功率較大、單靠管殼自身不能將熱量及時(shí)散發(fā)出去，就需要加

38、裝散熱器幫助散熱。 圖5.4.4 有散熱器散熱的熱傳輸途徑及其示意圖 功率管裝上散熱器后，由集電結(jié)傳給管殼C的熱量有兩條途徑向環(huán)境A散發(fā)。除由熱阻為R(th)ca的管殼直接向外散熱外，最主要是由管殼傳導(dǎo)到熱阻為R(th)ca的散熱器S，再由散熱器以輻射或?qū)α鞯男问较驘嶙铻镽(th)sa的環(huán)境A散熱。圖5.4.4就是裝散熱器后熱傳輸途徑示意圖。由于通過(guò)管殼直接散熱遠(yuǎn)小于散熱器散熱，即R(th)csR(th)saR(th)ca，管殼的熱阻R(th)ca可不計(jì)所以，裝散熱器后的總熱阻為 sathcsthjcththRRRR)()()(式中，R(th)cs為界面熱阻，它一般包括接觸熱阻和絕緣層熱阻兩部

39、分。由于晶體管和散熱器用緊固件連接在一起，兩者之間一般隔有絕緣材料以避免短路。因此，R(th)cs除與絕緣層厚度、材料性質(zhì)有關(guān)外，還與散熱裝置和晶體管接觸面的緊固程度有關(guān)。 增大接觸面積，使接觸面光滑或涂以導(dǎo)熱硅脂，增大接觸壓力，減小絕緣層厚度，都能使R(th)cs降低。 一般，R(th)cs0.13/W。R(th)sa為散熱器熱阻，它主要取決于散熱裝置的表面積、厚薄、材料的性質(zhì)、顏色，形狀和放置位置。 散熱面積越大，熱阻就越?。簧嵫b置經(jīng)氧化處理涂黑后，可使其熱輻射加強(qiáng)，熱阻也可減??；因垂直放置空氣對(duì)流好，所以垂直放置比水平放置的熱阻小。水平放置和垂直放置鋁平板散熱器的熱阻R(th)sa和它的表面積關(guān)系如圖5.4.5所示。 圖5.4.5 鋁平板散熱器的熱阻與其表面的關(guān)系（a)水平放置 （b）垂直放置 如果將結(jié)溫Tj與環(huán)境溫度Ta之間的溫差記作結(jié)溫增量Tj，即TjTjTa。 由以上分析可知，結(jié)溫增量與集電極耗散功率及散熱條件有關(guān)。散熱條件不好，熱阻越大，同樣功耗引起結(jié)溫增量也越大。 當(dāng)總熱阻Rth一定時(shí)，功耗越大，結(jié)溫增量也越高。如果集電極耗散功率增大到最大允許功耗PCM，則結(jié)溫也達(dá)到最大允許值TjM。它們之間的關(guān)系為 RTTPthajMCM 上式表明，總熱阻Rth越小，環(huán)境溫度Ta越低，則允許的最大管耗PCM就越大