任務(wù)五 功率放大器的制作與調(diào)試

1、任務(wù)五任務(wù)五 功率放大器的制作與調(diào)試功率放大器的制作與調(diào)試知識(shí)鏈接一知識(shí)鏈接一功率放大器的基本知識(shí)功率放大器的基本知識(shí)一、功率放大器及其特點(diǎn)一、功率放大器及其特點(diǎn)二、功率放大器的分類二、功率放大器的分類 知識(shí)鏈接二知識(shí)鏈接二 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器思考與練習(xí)思考與練習(xí)一、輸出無(wú)電容功率放大器一、輸出無(wú)電容功率放大器二、輸出無(wú)變壓器功率放大器二、輸出無(wú)變壓器功率放大器三、變壓器耦合單管甲類功率放大器三、變壓器耦合單管甲類功率放大器四、變壓器耦合推挽功率放大器四、變壓器耦合推挽功率放大器技能實(shí)訓(xùn)技能實(shí)訓(xùn)OTL功率放大器的制作與調(diào)試功率放大器的制作與調(diào)試思考與練習(xí)思考與練習(xí) 知識(shí)鏈接一

2、知識(shí)鏈接一 功率放大器的基本知識(shí)功率放大器的基本知識(shí)v一、功率放大器及其特點(diǎn)一、功率放大器及其特點(diǎn)v實(shí)用的放大系統(tǒng)通常由多級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)而成?？拷盘?hào)源的輸入級(jí)和實(shí)用的放大系統(tǒng)通常由多級(jí)放大電路級(jí)聯(lián)而成?？拷盘?hào)源的輸入級(jí)和中間級(jí)，主要功能是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)后面的輸出級(jí)，它們通中間級(jí)，主要功能是對(duì)電壓信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)后面的輸出級(jí)，它們通常處于小信號(hào)工作狀態(tài)?？拷?fù)載的叫輸出級(jí)，由該級(jí)電路輸出的信號(hào)常處于小信號(hào)工作狀態(tài)?？拷?fù)載的叫輸出級(jí)，由該級(jí)電路輸出的信號(hào)要有足夠大的功率，這樣才能驅(qū)動(dòng)后接的負(fù)載（如，使揚(yáng)聲器的的音圈要有足夠大的功率，這樣才能驅(qū)動(dòng)后接的負(fù)載（如，使揚(yáng)聲器的的音圈振動(dòng)

3、發(fā)出聲音；驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；使繼電器或記錄儀表動(dòng)作；讓顯示器中振動(dòng)發(fā)出聲音；驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)；使繼電器或記錄儀表動(dòng)作；讓顯示器中的光點(diǎn)隨信號(hào)偏轉(zhuǎn)等等）。象輸出級(jí)這類以增強(qiáng)信號(hào)輸出功率為主要目的光點(diǎn)隨信號(hào)偏轉(zhuǎn)等等）。象輸出級(jí)這類以增強(qiáng)信號(hào)輸出功率為主要目的的放大電路就稱為功率放大器（簡(jiǎn)稱功放），功放通常處于大信號(hào)工的的放大電路就稱為功率放大器（簡(jiǎn)稱功放），功放通常處于大信號(hào)工作狀態(tài)。作狀態(tài)。v從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，電壓放大器與功放并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，兩者都從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，電壓放大器與功放并沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別，兩者都是利用有源器件（三極管、場(chǎng)效應(yīng)管、線性集成放大器等）將電源的直是利用有源器件（三極管、場(chǎng)效

4、應(yīng)管、線性集成放大器等）將電源的直流能量轉(zhuǎn)換為負(fù)載工作所需的信號(hào)能量。但是，兩者在工作任務(wù)與電壓流能量轉(zhuǎn)換為負(fù)載工作所需的信號(hào)能量。但是，兩者在工作任務(wù)與電壓信號(hào)強(qiáng)弱方面又有明顯的區(qū)別，這也同時(shí)帶來(lái)了對(duì)電路的技術(shù)指標(biāo)要求信號(hào)強(qiáng)弱方面又有明顯的區(qū)別，這也同時(shí)帶來(lái)了對(duì)電路的技術(shù)指標(biāo)要求和分析方法上的差異。表和分析方法上的差異。表2-5-12-5-1列出了電壓放大器與功率放大器在工作列出了電壓放大器與功率放大器在工作任務(wù)、技術(shù)指標(biāo)要求以及電路分析方法這三方面的主要區(qū)別，以供比較任務(wù)、技術(shù)指標(biāo)要求以及電路分析方法這三方面的主要區(qū)別，以供比較。 v表表2-5-1 2-5-1 電壓放大器與功率放大器的比較

5、電壓放大器與功率放大器的比較 比較項(xiàng)比較項(xiàng)電壓放大器電壓放大器功率放大器功率放大器工作任務(wù)工作任務(wù)放大電壓、輸出信號(hào)的電壓足夠大。放大電壓、輸出信號(hào)的電壓足夠大。放大功率，輸出信號(hào)的功率足夠大。放大功率，輸出信號(hào)的功率足夠大。技術(shù)指標(biāo)技術(shù)指標(biāo)1 1、不允許出現(xiàn)信號(hào)失真；、不允許出現(xiàn)信號(hào)失真；2 2、電壓放大倍數(shù)足夠大；、電壓放大倍數(shù)足夠大；3 3、輸入電阻要大；、輸入電阻要大；4 4、輸出電阻要小；、輸出電阻要?。? 5、通頻帶要寬。、通頻帶要寬。1 1、允許信號(hào)失真，但不能太大；、允許信號(hào)失真，但不能太大；2 2、輸出功率要大；、輸出功率要大；3 3、能量轉(zhuǎn)換效率要高；、能量轉(zhuǎn)換效率要高；4

6、 4、功放管的散熱條件要滿足要求、功放管的散熱條件要滿足要求分析方法分析方法1 1、微變等效分析法；、微變等效分析法；2 2、圖解法。、圖解法。圖解法圖解法v二、功率放大器的分類二、功率放大器的分類v功率放大器的種類很多。按電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置情況來(lái)劃分，通常有功率放大器的種類很多。按電路靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置情況來(lái)劃分，通常有甲類、乙類和甲乙類三種。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的高與低，對(duì)正弦輸入下的甲類、乙類和甲乙類三種。靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的高與低，對(duì)正弦輸入下的功放管導(dǎo)通情況會(huì)產(chǎn)生直接影響，如圖功放管導(dǎo)通情況會(huì)產(chǎn)生直接影響，如圖2-5-12-5-1所示。所示。v對(duì)于甲類功放，由于設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，故功放管

7、在電路正弦輸對(duì)于甲類功放，由于設(shè)置了合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，故功放管在電路正弦輸入入u ui i的一周內(nèi)均導(dǎo)通（也可以說(shuō)，功放管的集電極電流的一周內(nèi)均導(dǎo)通（也可以說(shuō)，功放管的集電極電流i iC C的導(dǎo)通角的導(dǎo)通角=2=2），且工作于放大狀態(tài)。因此，甲類功放只需一只功放管即可。），且工作于放大狀態(tài)。因此，甲類功放只需一只功放管即可。但正是由于設(shè)置了較高的靜態(tài)工作點(diǎn)，也就同時(shí)帶來(lái)了兩方面的不足之但正是由于設(shè)置了較高的靜態(tài)工作點(diǎn)，也就同時(shí)帶來(lái)了兩方面的不足之處：（處：（1 1）功放管的電流、電壓交流振幅）功放管的電流、電壓交流振幅I Icmcm和和U Ucemcem不是很大，也就使得電不是很大，也就使得電

8、路輸出信號(hào)的功率不會(huì)很大；（路輸出信號(hào)的功率不會(huì)很大；（2 2）靜態(tài)管耗較大，電路的能量轉(zhuǎn)換效）靜態(tài)管耗較大，電路的能量轉(zhuǎn)換效率率較低，理想情況下的最高效率較低，理想情況下的最高效率maxmax=50%=50%。實(shí)際應(yīng)用中，甲類功放少。實(shí)際應(yīng)用中，甲類功放少見。見。v對(duì)于乙類功放，由于沒(méi)有偏置電路，故功放管靜態(tài)下不導(dǎo)通。它相對(duì)于對(duì)于乙類功放，由于沒(méi)有偏置電路，故功放管靜態(tài)下不導(dǎo)通。它相對(duì)于甲類功放而言，具有輸出功率高、效率高（理想值可達(dá)甲類功放而言，具有輸出功率高、效率高（理想值可達(dá)78.5%78.5%）的優(yōu)點(diǎn)。）的優(yōu)點(diǎn)。但功放管的電流導(dǎo)通角但功放管的電流導(dǎo)通角=（即只有半周導(dǎo)通），波形失真太

9、大。因（即只有半周導(dǎo)通），波形失真太大。因此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需用兩只功放管，讓它們輪流導(dǎo)通（各導(dǎo)通半周），采此，實(shí)際應(yīng)用時(shí)需用兩只功放管，讓它們輪流導(dǎo)通（各導(dǎo)通半周），采取推挽工作方式。取推挽工作方式。 圖圖2-5-1 2-5-1 三類功放的管子導(dǎo)通及三類功放的管子導(dǎo)通及uceuce情況情況v雖然采取了推挽工作方式，但由于功放管截止區(qū)的存在，仍將造成乙類雖然采取了推挽工作方式，但由于功放管截止區(qū)的存在，仍將造成乙類功放交流過(guò)零時(shí)出現(xiàn)非線性失真，這種非線性失真稱為交越失真，輸出功放交流過(guò)零時(shí)出現(xiàn)非線性失真，這種非線性失真稱為交越失真，輸出波形如圖波形如圖2-5-22-5-2所示。為克服交越失真，通常

10、為電路設(shè)置較低的靜態(tài)工所示。為克服交越失真，通常為電路設(shè)置較低的靜態(tài)工作點(diǎn)，讓功放管靜態(tài)下微導(dǎo)通，這樣也就構(gòu)成了甲乙類電路。作點(diǎn)，讓功放管靜態(tài)下微導(dǎo)通，這樣也就構(gòu)成了甲乙類電路。 圖圖2-5-2 u2-5-2 uo o波形的交越失真波形的交越失真v三、變壓器耦合單管甲類功率放大器三、變壓器耦合單管甲類功率放大器v1 1、電路的組成、電路的組成v輸入信號(hào)輸入信號(hào)u ui i經(jīng)變壓器經(jīng)變壓器T T1 1耦合，送至功放管耦合，送至功放管V V的基極，放大后由集電極輸出，的基極，放大后由集電極輸出，再經(jīng)變壓器再經(jīng)變壓器T T2 2耦合，送給負(fù)載耦合，送給負(fù)載R RL L。放大器為共射組態(tài)，且采用分壓式

11、偏。放大器為共射組態(tài)，且采用分壓式偏置方式。置方式。C CB B、C CE E均為旁路電容，可提高電路增益（由于均為旁路電容，可提高電路增益（由于R RE E很小，故很小，故C CE E也也可不用）可不用）圖圖2-5-3 2-5-3 變壓器耦合單管甲類功放變壓器耦合單管甲類功放 圖圖2-5-42-5-4變壓器耦合甲類功放的交、直流等效電路變壓器耦合甲類功放的交、直流等效電路v2 2、電路的工作原理、電路的工作原理v（1 1）靜態(tài)分析）靜態(tài)分析v該電路的直流通路如圖該電路的直流通路如圖2-5-42-5-4（a a）所示，偏置電路為分壓式。）所示，偏置電路為分壓式。I ICQCQIIE E= =（

12、U UB B-U-UBEBE）/RE/RE；U UCEQCEQUUG G-R-RE EI ICQCQ。其中的基極電壓。其中的基極電壓U UB B較低，較低，R RE E較?。s幾歐），故靜態(tài)下的管壓降較?。s幾歐），故靜態(tài)下的管壓降U UCEQCEQUUG G。 v（2 2）動(dòng)態(tài)分析）動(dòng)態(tài)分析v該電路的交流通路如圖該電路的交流通路如圖2-5-42-5-4（b b）所示。功放管的集電極等效負(fù)載）所示。功放管的集電極等效負(fù)載R R L L=K=K2 22 2R RL L，K K2 2為輸出耦為輸出耦合變壓器合變壓器T T2 2的變比。的變比。v動(dòng)態(tài)（電路輸入正弦信號(hào)動(dòng)態(tài)（電路輸入正弦信號(hào)u ui

13、i）下，電路采用圖解法進(jìn)行分析，如圖）下，電路采用圖解法進(jìn)行分析，如圖2-5-52-5-5所示。所示。v工作點(diǎn)以工作點(diǎn)以Q Q為中心，沿交流負(fù)載線（斜率為為中心，沿交流負(fù)載線（斜率為-1/R-1/R L L）在）在QQ與與Q”Q”間來(lái)回移動(dòng)。對(duì)應(yīng)地，電間來(lái)回移動(dòng)。對(duì)應(yīng)地，電路中的電流與電壓路中的電流與電壓i iC C、i ic c、u uCECE、u ucece波形如圖所示。電路的輸出功率波形如圖所示。電路的輸出功率P PO O=I=IC CU Ucece=I=IcmcmU Ucemcem。 圖圖2-5-5 2-5-5 電路的圖解分析電路的圖解分析v3 3、電源功率、電源功率PGPG與電路效率

14、與電路效率的分析的分析v單管甲類功率放大器的電源功率單管甲類功率放大器的電源功率P PG G分析，如圖分析，如圖2-5-62-5-6所示。所示。 （a a）電路簡(jiǎn)圖）電路簡(jiǎn)圖 （b b）i iG G波形波形 （c c）p pG G波形波形v圖圖 2-5-6 2-5-6 電源功率的分析電源功率的分析v相對(duì)于相對(duì)于i iC C而言，而言，i iB1B1通常很小，故通常很小，故i iG GiiC C。直流電源提供給功放電路的功。直流電源提供給功放電路的功率率p pG G波形如圖波形如圖2-5-62-5-6（c c）所示，其平均值）所示，其平均值P PG G=U=UG GI ICQCQ。也就是說(shuō)，對(duì)于

15、單管。也就是說(shuō)，對(duì)于單管甲類功放，電源功率的大小取決于靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，與交流信號(hào)的強(qiáng)甲類功放，電源功率的大小取決于靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置，與交流信號(hào)的強(qiáng)弱無(wú)關(guān)。弱無(wú)關(guān)。v電源提供的功率，一部分轉(zhuǎn)換為信號(hào)的輸出功率電源提供的功率，一部分轉(zhuǎn)換為信號(hào)的輸出功率P P0 0，另一部分被電路所，另一部分被電路所損耗。電路的功率損耗包含兩方面：一方面是偏置電阻的功率損耗，這損耗。電路的功率損耗包含兩方面：一方面是偏置電阻的功率損耗，這一部分相對(duì)較??；另一部分為功放管的功率損耗一部分相對(duì)較??；另一部分為功放管的功率損耗P PV V（簡(jiǎn)稱管耗）。通常（簡(jiǎn)稱管耗）。通常認(rèn)為，認(rèn)為，P PG G=P=PO O+P+P

16、V V。v 這樣，對(duì)于甲類功放，其電源功率這樣，對(duì)于甲類功放，其電源功率PGPG就等于靜態(tài)（就等于靜態(tài)（P PO O=0=0）管耗且隨著輸）管耗且隨著輸出功率的增大，電路效率出功率的增大，電路效率=P=PO O/P/PG G100%100%可得到提高?？傻玫教岣?。v4 4、最佳負(fù)載與最高效率、最佳負(fù)載與最高效率v在圖在圖2-5-52-5-5（a a）中，若靜態(tài)工作點(diǎn)）中，若靜態(tài)工作點(diǎn)Q Q位于交流負(fù)載線的中心，則電路將位于交流負(fù)載線的中心，則電路將有最佳的動(dòng)態(tài)范圍，此時(shí)的功放管集電極等效負(fù)載有最佳的動(dòng)態(tài)范圍，此時(shí)的功放管集電極等效負(fù)載R R L L就稱為電路的就稱為電路的“最最佳負(fù)載佳負(fù)載”。

17、下面分析獲得最佳負(fù)載的條件：。下面分析獲得最佳負(fù)載的條件：v最佳負(fù)載下，最佳負(fù)載下，U UG G=R=R L LI ICQCQ。那么，。那么，R R L L= U= UG G/I/ICQCQ。由于采用變壓器耦合，只。由于采用變壓器耦合，只需改變需改變T T2 2的變比的變比K K2 2，滿足，滿足K K2 22 2R RL L=U=UG G/I/ICQCQ，便可獲得最佳負(fù)載。能夠通過(guò)阻，便可獲得最佳負(fù)載。能夠通過(guò)阻抗匹配來(lái)實(shí)現(xiàn)最佳負(fù)載，是變壓器耦合功率放大器的一大優(yōu)點(diǎn)?？蛊ヅ鋪?lái)實(shí)現(xiàn)最佳負(fù)載，是變壓器耦合功率放大器的一大優(yōu)點(diǎn)。v在滿足最佳負(fù)載的條件下，若忽略功放管的在滿足最佳負(fù)載的條件下，若忽略

18、功放管的I ICEOCEO和和U UCESCES不計(jì)，則交流電流不計(jì)，則交流電流i ic c的振幅最多可達(dá)的振幅最多可達(dá)I ICQCQ，交流電壓，交流電壓u ucece的振幅最多可達(dá)的振幅最多可達(dá)U UG G。此時(shí)，電路的輸。此時(shí)，電路的輸出功率最大，效率最高。出功率最大，效率最高。 P PO(MAX)O(MAX)=1/2I=1/2IcmcmU Ucemcem=1/2I=1/2ICQCQU UG G (MAX(MAX) )=P=PO(MAX)O(MAX)/P/PG G100%100% =1/2I =1/2ICQCQU UG GI ICQCQU UG G100%=50%100%=50%v四、變壓

19、器耦合推挽功率放大器四、變壓器耦合推挽功率放大器v圖圖2-5-72-5-7所示電路，為變壓器耦合推挽功率放大器。所示電路，為變壓器耦合推挽功率放大器。V V1 1、V V2 2為兩只型號(hào)相同且特性基本一致的功為兩只型號(hào)相同且特性基本一致的功放管；放管；T T1 1為輸入耦合變壓器，其副邊繞組中心抽頭；為輸入耦合變壓器，其副邊繞組中心抽頭；T T2 2為輸出耦合變壓器，其原邊繞組中心抽頭。為輸出耦合變壓器，其原邊繞組中心抽頭。偏置電路采用分壓式，且靜態(tài)下的基極對(duì)地電壓偏置電路采用分壓式，且靜態(tài)下的基極對(duì)地電壓U UB B較小，僅能維持較小，僅能維持V V1 1、V V2 2靜態(tài)下的微弱導(dǎo)通。靜態(tài)

20、下的微弱導(dǎo)通。 圖圖2-5-7 2-5-7 變壓器耦合推挽功率放大器變壓器耦合推挽功率放大器 圖圖2-5-8 2-5-8 變壓器耦合推挽功率放大器的等效電路變壓器耦合推挽功率放大器的等效電路v電路的直流通路如圖電路的直流通路如圖2-5-82-5-8（a a）所示。需要注意的是，在求靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，兩功放管的發(fā)射極對(duì)）所示。需要注意的是，在求靜態(tài)工作點(diǎn)時(shí)，兩功放管的發(fā)射極對(duì)地電壓地電壓U UE E=2R=2RE EI IE E。v 由于由于T1T1副邊采用中心抽頭，故有副邊采用中心抽頭，故有u ui1i1=-u=-ui2i2。當(dāng)。當(dāng)u ui i00時(shí)，時(shí)，u ui1i100、u ui2i200，這

21、樣：在，這樣：在u ui i的正半周，的正半周，V V1 1管導(dǎo)通，管導(dǎo)通，V V2 2管截止，等效電路如圖管截止，等效電路如圖2-5-82-5-8（b b）所示，該電路與圖）所示，該電路與圖2-5-32-5-3所示電路基本相同。信號(hào)所示電路基本相同。信號(hào)放大后，經(jīng)輸出耦合變壓器放大后，經(jīng)輸出耦合變壓器T T2 2傳輸給負(fù)載傳輸給負(fù)載R RL L，由于，由于T T2 2同名端的關(guān)系，此時(shí)的同名端的關(guān)系，此時(shí)的u uo o為負(fù)半周。為負(fù)半周。v當(dāng)當(dāng)u ui i00時(shí)，時(shí)，u ui1i1000，這樣：，這樣：V V1 1截止，截止，V V2 2導(dǎo)通，最終提供導(dǎo)通，最終提供u uo o的正半周波形。

22、的正半周波形。v該電路的工作，利用兩管的輪流導(dǎo)通，可為負(fù)載提供完整的正弦波形。同時(shí)，相對(duì)于單管甲類功該電路的工作，利用兩管的輪流導(dǎo)通，可為負(fù)載提供完整的正弦波形。同時(shí)，相對(duì)于單管甲類功放而言，該電路的靜態(tài)管耗很小，電路效率自然也就得到了提高。放而言，該電路的靜態(tài)管耗很小，電路效率自然也就得到了提高。v 需要指出的是，功放采用變壓器耦合雖然解決了負(fù)載與放大器輸出級(jí)的阻抗匹配問(wèn)題（可獲最需要指出的是，功放采用變壓器耦合雖然解決了負(fù)載與放大器輸出級(jí)的阻抗匹配問(wèn)題（可獲最佳負(fù)載），但同時(shí)也帶來(lái)了一些缺陷，如體積大、笨重、頻帶窄，不適用于集成電路等，而且變佳負(fù)載），但同時(shí)也帶來(lái)了一些缺陷，如體積大、笨重

23、、頻帶窄，不適用于集成電路等，而且變壓器本身不僅有功耗，由于漏電感和分布電容的存在，在輸入信號(hào)頻率分布較廣時(shí)，對(duì)不同頻率壓器本身不僅有功耗，由于漏電感和分布電容的存在，在輸入信號(hào)頻率分布較廣時(shí)，對(duì)不同頻率分量呈現(xiàn)不同的附加相移，最終使得輸出信號(hào)出現(xiàn)失真。此外，如從變壓器的輸出端引回強(qiáng)反饋分量呈現(xiàn)不同的附加相移，最終使得輸出信號(hào)出現(xiàn)失真。此外，如從變壓器的輸出端引回強(qiáng)反饋時(shí)，還容易形成自激振蕩。所有這些問(wèn)題的存在，都影響了變壓器耦合功率放大器應(yīng)用面的推廣。時(shí)，還容易形成自激振蕩。所有這些問(wèn)題的存在，都影響了變壓器耦合功率放大器應(yīng)用面的推廣。v思考與練習(xí)思考與練習(xí)v1 1、與電壓放大器相比，功率放

24、大器有哪些特點(diǎn)？、與電壓放大器相比，功率放大器有哪些特點(diǎn)？v2 2、根據(jù)功放管的工作狀態(tài)來(lái)劃分，功放通常有哪幾種？各自的功放管、根據(jù)功放管的工作狀態(tài)來(lái)劃分，功放通常有哪幾種？各自的功放管集電極電流導(dǎo)通角集電極電流導(dǎo)通角為多大？能量轉(zhuǎn)換效率最低與最高的各是哪種？為多大？能量轉(zhuǎn)換效率最低與最高的各是哪種？v3 3、甲類功放的電源功率取決于什么？電路效率由何決定？最高可達(dá)多、甲類功放的電源功率取決于什么？電路效率由何決定？最高可達(dá)多少？少？v4 4、簡(jiǎn)述功放采用變壓器耦合時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。、簡(jiǎn)述功放采用變壓器耦合時(shí)的優(yōu)缺點(diǎn)。 知識(shí)鏈接二知識(shí)鏈接二 互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器v一、輸出無(wú)電容一、輸

25、出無(wú)電容（output capacitorless 簡(jiǎn)記OCL）功率放大器功率放大器v1 1、乙類、乙類OCLOCL功放功放v圖圖2-5-92-5-9所示電路，采用直接耦合方式，通常稱之為所示電路，采用直接耦合方式，通常稱之為OCLOCL電路。由于靜態(tài)下功放電路。由于靜態(tài)下功放管管V1V1、V2V2均不導(dǎo)通（均不導(dǎo)通（U Ui i=0=0時(shí)，時(shí)，U UA A=0=0，兩管均截止），故電路工作于乙類狀態(tài)。電，兩管均截止），故電路工作于乙類狀態(tài)。電路中的路中的V1V1與與V2V2管型互補(bǔ)參數(shù)對(duì)稱，故又將這種電路稱為互補(bǔ)對(duì)稱電路。管型互補(bǔ)參數(shù)對(duì)稱，故又將這種電路稱為互補(bǔ)對(duì)稱電路。 圖圖2-5-9 2

26、-5-9 乙類乙類OCLOCL功放功放 圖圖2-5-10 2-5-10 乙類乙類OCLOCL功放的等效電路功放的等效電路v當(dāng)當(dāng)u ui i處于正半周時(shí)，處于正半周時(shí)，u ui i u uA A，V V1 1管導(dǎo)通、管導(dǎo)通、V V2 2管截止，等效電路如圖管截止，等效電路如圖2-5-102-5-10（a a）所示。這是一個(gè)射極輸出器，所示。這是一個(gè)射極輸出器，u uo ouui i0 0，輸出正半周波形。若不計(jì)，輸出正半周波形。若不計(jì)V V1 1的飽和管的飽和管壓降，輸出電壓的振幅最多可達(dá)壓降，輸出電壓的振幅最多可達(dá)UGUG。v當(dāng)當(dāng)u ui i處于負(fù)半周時(shí)，處于負(fù)半周時(shí)，u ui iu uA A

27、，V1V1管截止、管截止、V V2 2管導(dǎo)通，等效電路如圖管導(dǎo)通，等效電路如圖2-5-102-5-10（b b）所）所示。這還是一個(gè)射極輸出器，示。這還是一個(gè)射極輸出器，u uo ouui i0 0，輸出負(fù)半周波形。若不計(jì)，輸出負(fù)半周波形。若不計(jì)V V2 2的飽和管的飽和管壓降，輸出電壓的振幅最多可達(dá)壓降，輸出電壓的振幅最多可達(dá)U UG G。v乙類乙類OCLOCL功放的理想電壓傳輸特性曲線如圖功放的理想電壓傳輸特性曲線如圖2-5-112-5-11所示。但實(shí)際上，由所示。但實(shí)際上，由于功放管截止區(qū)與飽和區(qū)的存在，電路電壓傳輸特性曲線大致如圖于功放管截止區(qū)與飽和區(qū)的存在，電路電壓傳輸特性曲線大致如

28、圖2-5-2-5-1212（a a）所示。那么，當(dāng)電路輸入正弦信號(hào)時(shí)，其輸出波形將產(chǎn)生交越）所示。那么，當(dāng)電路輸入正弦信號(hào)時(shí)，其輸出波形將產(chǎn)生交越失真，如圖失真，如圖2-5-122-5-12（b b）、（）、（c c）所示。）所示。v 對(duì)于乙類對(duì)于乙類OCLOCL功放，輸出電壓的振幅最多可達(dá)功放，輸出電壓的振幅最多可達(dá)U UG G，對(duì)應(yīng)的輸出功率，對(duì)應(yīng)的輸出功率最大值最大值P P0(max)0(max)=1/2=1/2* *U U2 2om(max)om(max)/R/RL L=1/2=1/2* *U UG G2 2/R/RL L。經(jīng)理論分析，此時(shí)的效率最。經(jīng)理論分析，此時(shí)的效率最高，其理想值

29、（忽略高，其理想值（忽略I ICEOCEO和和U UCESCES）為）為/4/4，即，即78.5%78.5%。v2 2、甲乙類、甲乙類OCLOCL功放功放v為克服乙類功放存在的交越失真，通常在電路中加入偏置電路，使兩只功放管為克服乙類功放存在的交越失真，通常在電路中加入偏置電路，使兩只功放管靜態(tài)下微導(dǎo)通。圖靜態(tài)下微導(dǎo)通。圖2-5-132-5-13所示，是一個(gè)帶有前置放大級(jí)的甲乙類所示，是一個(gè)帶有前置放大級(jí)的甲乙類OCLOCL功放電路。功放電路。V V1 1為前置放大管；為前置放大管；V V2 2、V V3 3為互補(bǔ)對(duì)稱的功放管；利用為互補(bǔ)對(duì)稱的功放管；利用V V4 4、V V5 5管的導(dǎo)通，為

30、兩功放管的導(dǎo)通，為兩功放管提供較小的偏壓，以使它們靜態(tài)下微導(dǎo)通。管提供較小的偏壓，以使它們靜態(tài)下微導(dǎo)通。 圖圖2-5-132-5-13帶有前置放大級(jí)的甲乙類帶有前置放大級(jí)的甲乙類OCLOCL功放功放v前置放大級(jí)為共射電路，它具有一定的電壓與電流放大能力。這樣，整個(gè)電路前置放大級(jí)為共射電路，它具有一定的電壓與電流放大能力。這樣，整個(gè)電路就具有較大的功率增益。就具有較大的功率增益。v需要說(shuō)明的是，該電路中的需要說(shuō)明的是，該電路中的V V4 4、V V5 5管可用一個(gè)電阻來(lái)替代。但在此使用二極管，管可用一個(gè)電阻來(lái)替代。但在此使用二極管，是由于它還具有溫度補(bǔ)償作用（溫度變化對(duì)功放管與二極管是由于它還具

31、有溫度補(bǔ)償作用（溫度變化對(duì)功放管與二極管PNPN結(jié)的影響是一致結(jié)的影響是一致的，從而可保持的，從而可保持V V2 2、V V3 3靜態(tài)下的微導(dǎo)通狀態(tài)不受溫度影響）。靜態(tài)下的微導(dǎo)通狀態(tài)不受溫度影響）。v二、輸出無(wú)變壓器（二、輸出無(wú)變壓器（output transformerlessoutput transformerless 簡(jiǎn)記簡(jiǎn)記OTLOTL）功率放大器）功率放大器v1 1、乙類、乙類OTLOTL功放功放v圖圖2-5-142-5-14所示電路，所示電路，C C1 1、C C2 2為輸入、輸出耦合電容，通常將這種電路稱為為輸入、輸出耦合電容，通常將這種電路稱為OTLOTL電電路。靜態(tài)下的功放管

32、路。靜態(tài)下的功放管V1V1、V2V2均截止，電路工作于乙類狀態(tài)。均截止，電路工作于乙類狀態(tài)。V V1 1與與V V2 2為互補(bǔ)對(duì)稱管，為互補(bǔ)對(duì)稱管，故這種電路也是互補(bǔ)對(duì)稱電路。故這種電路也是互補(bǔ)對(duì)稱電路。v由于電路結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，靜態(tài)下由于電路結(jié)構(gòu)上的對(duì)稱性，靜態(tài)下A A、B B對(duì)地電壓均為對(duì)地電壓均為U UG G/2/2，C C1 1、C C2 2端電壓端電壓U UC1C1=U=UC2C2=U=UG G/2/2。因此，輸出耦合電容又相當(dāng)于一個(gè)。因此，輸出耦合電容又相當(dāng)于一個(gè)U UG G/2/2的直流電源。圖中的的直流電源。圖中的A A點(diǎn)又點(diǎn)又稱中點(diǎn)。稱中點(diǎn)。 圖圖2-5-14 2-5-14

33、乙類乙類OTLOTL功放功放v當(dāng)電路輸入正弦信號(hào)，且當(dāng)電路輸入正弦信號(hào)，且u ui i00時(shí)，功放管時(shí)，功放管V V導(dǎo)通、導(dǎo)通、V V截止，電路為射極輸出器，截止，電路為射極輸出器，u uu ui i，u u輸出正半周，其振幅最多可達(dá)輸出正半周，其振幅最多可達(dá)U U/2/2，；，；u ui i00時(shí)，時(shí)，V V截止，截止，V V導(dǎo)通，導(dǎo)通，u uuiui，uouo輸入負(fù)半周，振幅最多可達(dá)輸入負(fù)半周，振幅最多可達(dá)U UG G/2/2。v當(dāng)當(dāng)U UomomU UG G/2/2時(shí)，電路的輸出功率最大，時(shí)，電路的輸出功率最大，P Po(maxo(max) )=1/8=1/8* *U UG G2 2/R

34、/RL L。此時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效。此時(shí)的能量轉(zhuǎn)換效率最高，理想值為率最高，理想值為78.78.。v、甲乙類、甲乙類OTLOTL功放功放v圖圖2-5-152-5-15為帶有前置放大級(jí)的甲乙類為帶有前置放大級(jí)的甲乙類OTLOTL典型電路，前置放大級(jí)為共射放大器，且采用分壓典型電路，前置放大級(jí)為共射放大器，且采用分壓式偏置電路。通過(guò)式偏置電路。通過(guò)RPRP可實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)中點(diǎn)電壓可實(shí)現(xiàn)對(duì)靜態(tài)中點(diǎn)電壓U UA A的調(diào)整，原理如下：的調(diào)整，原理如下：vR RP PUUB1B1IIE1E1IIC1QC1QIIR3R3(=I(=IC1QC1Q)U)UB2B2(=U(=UG G-R-R4 4I IR3R3-R-R3

35、3I IR3R3)U)UA A(=U(=UB2B2-U-UBE2BE2)v同理，調(diào)小同理，調(diào)小R RP P，將使中點(diǎn)電壓，將使中點(diǎn)電壓U UA A下降。下降。vR R4 4、C C4 4構(gòu)成構(gòu)成“自舉電路自舉電路”。R R4 4為隔離電阻，將為隔離電阻，將M M點(diǎn)電壓點(diǎn)電壓U UM M與與U UG G隔開，隔開，R R4 4阻值較小，一般遠(yuǎn)小于阻值較小，一般遠(yuǎn)小于R R3 3。C C4 4為自舉電容，其電容量很大，這樣可使為自舉電容，其電容量很大，這樣可使U UM M緊隨緊隨U UA A同幅變化。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明自舉電路的工作同幅變化。下面簡(jiǎn)要說(shuō)明自舉電路的工作原理。原理。 v如果沒(méi)有自舉電路，功

36、放正半周輸出（此時(shí)如果沒(méi)有自舉電路，功放正半周輸出（此時(shí)u ui i應(yīng)為負(fù)半周，因?yàn)榍爸梅糯蠹?jí)為共射電路，有應(yīng)為負(fù)半周，因?yàn)榍爸梅糯蠹?jí)為共射電路，有反相作用）時(shí)的簡(jiǎn)化電路如圖反相作用）時(shí)的簡(jiǎn)化電路如圖2-5-162-5-16所示。該電路的工作，將在所示。該電路的工作，將在R R3 3上形成一定的壓降上形成一定的壓降u uR3R3=R=R3 3i iR3R3, ,同時(shí)同時(shí)V V2 2管發(fā)射結(jié)也會(huì)有一部分的壓降管發(fā)射結(jié)也會(huì)有一部分的壓降u uBE2BE2，這樣就造成了，這樣就造成了u uA A遠(yuǎn)不能達(dá)到遠(yuǎn)不能達(dá)到U UG G。也就是說(shuō)，。也就是說(shuō)，該電路正半周輸出的振幅較小，遠(yuǎn)不能達(dá)到該電路正半周

37、輸出的振幅較小，遠(yuǎn)不能達(dá)到U UG G/2/2，電路的功率輸出也就比較小。，電路的功率輸出也就比較小。v加上自舉電路后，由于加上自舉電路后，由于R R4 4較小，故靜態(tài)下較小，故靜態(tài)下U UM MUUG G。電路正半周輸出時(shí)，由于大電容。電路正半周輸出時(shí)，由于大電容C C4 4的作用，的作用，可使可使u uM M隨隨u uA A同幅上升（同幅上升（u uM M的升幅剛好彌補(bǔ)了這一過(guò)程中的的升幅剛好彌補(bǔ)了這一過(guò)程中的u uR3R3和和u uBE2BE2的壓降），當(dāng)?shù)膲航担?，?dāng)u uA A由由U UG G/2/2升至升至U UG G時(shí)，時(shí)，u uM M同時(shí)由同時(shí)由U UG G升到達(dá)升到達(dá)3U3UG

38、 G/2/2。由此可見，自舉電路提高了正半周輸出的振幅，使其最多可。由此可見，自舉電路提高了正半周輸出的振幅，使其最多可達(dá)達(dá)U UG G/2/2。 圖圖2-5-15 2-5-15 帶有前置放大器的帶有前置放大器的 圖圖2-5-16 2-5-16 沒(méi)有自舉電路時(shí)的沒(méi)有自舉電路時(shí)的 甲乙類甲乙類OTLOTL功放功放 正半周輸出等效簡(jiǎn)圖正半周輸出等效簡(jiǎn)圖v思考與練習(xí)思考與練習(xí)v1 1、乙類、乙類OCLOCL電路中，電路中，U UG G=12V=12V，R RL L=8=8，試求：（，試求：（1 1）電路的最大輸出功率）電路的最大輸出功率P PO O（maxmax）；（；（2 2）當(dāng)）當(dāng)u ui i=

39、5V=5V時(shí)，輸出功率時(shí)，輸出功率P PO O約為多大？約為多大？v2 2、圖、圖2-5-152-5-15所示電路中，二極管所示電路中，二極管V V4 4，V V5 5的作用有哪些？若的作用有哪些？若U UG G=10V=10V，且測(cè)，且測(cè)得靜態(tài)下的中點(diǎn)電位得靜態(tài)下的中點(diǎn)電位U UA=A=5.5V,5.5V,則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整則應(yīng)如何進(jìn)行調(diào)整? ?v3 3、OTLOTL電路中，電路中，U UG G=12V=12V，R RL L=8=8，則電路的最大輸出電壓振幅，則電路的最大輸出電壓振幅U Uom(maxom(max) )=?=?最大輸出功率最大輸出功率P PO(maxO(max) )= =？v4

40、 4、圖、圖2-5-132-5-13所示電路中，是否有必要加上自舉電路？簡(jiǎn)述理由。如果所示電路中，是否有必要加上自舉電路？簡(jiǎn)述理由。如果有必要加，又該如何加？有必要加，又該如何加？ 技能實(shí)訓(xùn)技能實(shí)訓(xùn)OTLOTL功率放大器的制作與調(diào)試功率放大器的制作與調(diào)試v一、實(shí)訓(xùn)目標(biāo)一、實(shí)訓(xùn)目標(biāo)v1 1、增強(qiáng)專業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣；、增強(qiáng)專業(yè)意識(shí)，培養(yǎng)良好的職業(yè)道德和職業(yè)習(xí)慣；v2 2、熟悉帶有前置放大的、熟悉帶有前置放大的OTLOTL功放結(jié)構(gòu)；功放結(jié)構(gòu)；v3 3、理解、理解OTLOTL功放的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)原理、中點(diǎn)電位調(diào)節(jié)原理以及自舉電路的作用；功放的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)原理、中點(diǎn)電位調(diào)節(jié)原理以及

41、自舉電路的作用；v4 4、會(huì)制作、會(huì)制作OTLOTL功放，并能完成電路的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)與中點(diǎn)電位調(diào)整。功放，并能完成電路的靜態(tài)工作點(diǎn)調(diào)節(jié)與中點(diǎn)電位調(diào)整。v二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備二、實(shí)訓(xùn)設(shè)備v1 1、通用面包板、通用面包板1 1塊；塊；v2 2、直流穩(wěn)壓電源、直流穩(wěn)壓電源1 1臺(tái)；臺(tái)；v3 3、雙蹤示波器、雙蹤示波器1 1臺(tái)；臺(tái)；v4 4、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器1 1臺(tái)；臺(tái)；v5 5、萬(wàn)用表及直流毫安表各、萬(wàn)用表及直流毫安表各1 1塊；塊；v6 6、三極管、三極管3DG63DG6、3DG123DG12和和3CG123CG12各各1 1個(gè)，個(gè)，1N40071N4007型二極管型二極管1 1個(gè)，電位器

42、個(gè)，電位器1k1k和和10k10k各各1 1個(gè)，個(gè)，100F100F電解電容電解電容2 2個(gè)，個(gè)，10F10F和和1000F1000F電解電容各電解電容各1 1個(gè)，個(gè)，88揚(yáng)聲器揚(yáng)聲器1 1個(gè)，個(gè)，100100電阻器電阻器2 2個(gè)個(gè),680,680、2.4k2.4k、3.3k3.3k電阻器各電阻器各1 1個(gè)，導(dǎo)線若干。個(gè)，導(dǎo)線若干。 圖圖2-5-17 2-5-17 帶有前置放大級(jí)的帶有前置放大級(jí)的OTLOTL功率放大器功率放大器v三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟三、實(shí)訓(xùn)內(nèi)容與步驟v1 1、識(shí)別與檢測(cè)元器件。若有元器件損壞，請(qǐng)說(shuō)明情況。、識(shí)別與檢測(cè)元器件。若有元器件損壞，請(qǐng)說(shuō)明情況。v2 2、按圖、按圖2-5

43、-172-5-17進(jìn)行電路連接。進(jìn)行電路連接。R RP1P1置中間，置中間，R RP2P2置零。置零。v3 3、接通、接通+5V+5V電源，用手觸摸功放管電源，用手觸摸功放管V V2 2與與V V3 3，若管子溫升顯著，說(shuō)明電路存在故障，若管子溫升顯著，說(shuō)明電路存在故障，應(yīng)立即關(guān)閉電源進(jìn)行故障排查，并記錄如下：應(yīng)立即關(guān)閉電源進(jìn)行故障排查，并記錄如下：v故障現(xiàn)象及排除過(guò)程：故障現(xiàn)象及排除過(guò)程： 。v4 4、中點(diǎn)電位的調(diào)整、中點(diǎn)電位的調(diào)整v調(diào)節(jié)調(diào)節(jié)R RP1P1，測(cè)量中點(diǎn)的靜態(tài)電位，使其等于，測(cè)量中點(diǎn)的靜態(tài)電位，使其等于2.5V2.5V。v5 5、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)與測(cè)量、靜態(tài)工作點(diǎn)的調(diào)節(jié)與測(cè)量 v

44、接入接入1kHz1kHz的正弦信號(hào)，緩慢增大的正弦信號(hào)，緩慢增大U Ui i，用示波器監(jiān)測(cè)，用示波器監(jiān)測(cè)u uo o波形的交越失真。調(diào)節(jié)波形的交越失真。調(diào)節(jié)R RP2P2，直至交越失真剛好消除。記錄毫安表讀數(shù)，測(cè)量三極管各極對(duì)地電壓，填入表直至交越失真剛好消除。記錄毫安表讀數(shù)，測(cè)量三極管各極對(duì)地電壓，填入表2-2-5-25-2。計(jì)算各三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)。計(jì)算各三極管的靜態(tài)工作點(diǎn)I ICQCQ、U UBEQBEQ、U UCEQCEQ，填入表，填入表2-5-22-5-2。v表表2-5-2 OTL2-5-2 OTL功放的靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（功放的靜態(tài)工作點(diǎn)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)（UA=2.5VUA=2.5V）三極管VB（V）VE（V）UC（V）ICQ（mA）UBEQ（V）UCEQ（V）V1管V2管V3管v6 6、自舉電路作用的研究、自舉電路作用的研究v逐漸調(diào)大信號(hào)源的輸出電壓逐漸調(diào)大信號(hào)源的輸出電壓U Ui i，直至功放輸出最大不失真電壓。記錄，直至功放輸出最大不失真電壓。記錄u uo o波形填入表波形填入表2-5-32-5-3。斷開直流電源與信號(hào)源。斷開直流電源與信號(hào)源, ,取走自舉電容取走自舉電容C C4 4、短路隔離、短路隔離電阻電阻R R4 4，然后再接通直流電源和信號(hào)源，記錄，然后再接通直流電源和信號(hào)源