參考功率放大電路

1、7 功率放大電路 7.1 概述 7.2 小功率放大器 7.3 互補對稱功率放大電路 7.4 集成功率放大器 7.5 功率放大器實際應(yīng)用電路 17.1 概述功率放大就是在有較大的電壓輸出的同時，又要有較大的電流輸出。前面學(xué)過的放大電路多用于多級放大電路的輸入級或中間級，主要用于放大微弱的電壓或電流信號。27.1.1 功率放大電路的主要特點1、任務(wù)和特點：（1）大信號工作狀態(tài) 為輸出足夠大的功率，功放管的動態(tài)工作范圍很大，功放管中的電壓、電流信號都是大信號，一般以不超過功放管的極限參數(shù)為限度。（2）非線性失真問題 輸出功率越大，電壓和電流的幅度就越大，信號的非線性失真就越嚴(yán)重，如何減小非線性失真是

2、功放電路的一個重要問題。（3）提高功放的效率、降低功放管的管耗 功放電路提供給負(fù)載的交流功率是在輸入交流信號的控制下將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換成交流能量而來的。因為功率大，所以效率問題十分重要，否則，不僅會帶來能源的浪費，還會引起功放管的發(fā)熱，甚至損壞。37.1.1 功率放大電路的主要特點2、功放電路的分析方法由于功放電路輸入端為大信號，所以對功放電路分析常采用圖解法，而小信號放大電路分析時用的微變等效電路法則不再適用。47.1.1 功率放大電路的主要特點3、主要技術(shù)指標(biāo)：（1）輸出功率Po和最大不失真輸出功率Pom輸出電壓有效值與輸出電流有效值的乘積定義為輸出功率Po （7-1-1）其中Vom

3、和Iom分別為輸出電壓和電流的峰值。最大不失真輸出功率指輸出在基本不失真情況下，放大電路最大輸出電壓Vomax和最大輸出電流Iomax有效值的乘積，記為Pom （7-1-2）（2）效率放大電路的效率定義為放大電路輸出給負(fù)載的交流功率Po與直流電源提供的功率PV 之比，即：（3）管耗PT損耗在功放管上的功率稱為功放管的損耗，簡稱管耗，用PT表示。57.1.1 功率放大電路的主要特點4、功放管的保護和散熱問題功放管工作在高電壓、大電流，所以損壞的可能性較大 保護功放電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在功放管的集電結(jié)上 散熱67.1.2 功放電路的工作狀態(tài)與效率的關(guān)系根據(jù)三極管靜態(tài)工作點的位置不同，放大電路

4、的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類、丙類。它們的主要特點和用途如表7-1-1所示（教材P.192）。在輸入正弦波激勵下：77.1.2 功放電路的工作狀態(tài)與效率的關(guān)系 它們的集電極電流波形如下圖所示： 甲類功放乙類功放甲乙類功放丙類功放87.1.2 功放電路的工作狀態(tài)與效率的關(guān)系由表7-1-1可知，管子的導(dǎo)通時間越短，管子的功耗越小，效率越高。相同輸入信號下如果維持輸出功率不變，4類功效的效率關(guān)系為：97.2 小功率放大器（不講）圖7-2-1（a）為變壓器耦合單管功率放大器的典型電路。圖7-2-2為變壓器耦合推挽功率放大器。 10 7.3 互補對稱功率放大電路7.3.1 雙電源互補對稱電路（OC

5、L電路）圖7-3-1(a)為雙電源互補對稱電路，為乙類功放電路。由于正負(fù)電源和電路結(jié)構(gòu)完全對稱，所以靜態(tài)時輸出端的電壓為零，不必采用耦合電容來隔直，因此稱為無輸出電容電路（OCL電路）。圖7-3-1 推挽功率放大器 117.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）1、工作原理：圖中T1、T2為兩個特性配對的互補功率管（NPN型和PNP型）當(dāng)輸入vi=0時，T1、T2截止，v0=0。當(dāng)vi為正半周時,T1導(dǎo)通,工作在射極跟隨狀態(tài),T2截止；當(dāng)vi為負(fù)半周時,T1截止,T2導(dǎo)通,工作在射極跟隨狀態(tài)。說明電路工作在推挽狀態(tài)：當(dāng)vi為正時，T1 推（提供）電流給負(fù)載；當(dāng)vi為負(fù)時，T2從負(fù)載上拉（挖

6、掘）電流。圖7-3-1 推挽功率放大器 127.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）2、分析計算圖7-3-2表示推挽電路 在vi為正半周時T1的工 作情況。圖中，假定只要vBE0，T1管就開始導(dǎo)電，則在一周期內(nèi)T1導(dǎo)電時間約為半周期。（1）輸出功率Po和最大不失真功率Pom設(shè)輸出信號電壓幅度為Vom，當(dāng)輸入正弦信號時， （7-3-1）由于 ， ，則最大輸出功率為： （7-3-2）圖7-3-2 推挽功率放大器分析 137.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）(2)直流電源提供的功率PV由于正、負(fù)電源都只有半個周期內(nèi)供電，因此在一個周期內(nèi)的平均電流為：正負(fù)電源提供的總功率為： （7-3

7、-4）當(dāng)獲得最大不失真輸出時，電源提供的最大功率PVM為： （7-3-5）圖7-3-2 推挽功率放大器分析 147.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）（3）效率根據(jù)（7-3-1）和 （7-3-4）式，可得 一般情況下的效率為： （7-3-6）當(dāng)獲得最大不失真輸出幅度時， ，則最大效率為：圖7-3-2 推挽功率放大器分析 157.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）（4）管耗PT直流電源提供的功率PV與放大器輸出功率PO之差就是功放管的管耗。 (7-3-7)兩個功放管總的管耗為：說明PT(或PT1、PT2)為Vom的函數(shù)，把式(7-3-7)對Vom求導(dǎo)數(shù) ，可得到PT1(或PT2)

8、為極限值時的Vom為：代入式（7-3-7）得，T1、T2消耗功率的極限值為： （7-3-8）167.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）根據(jù)式（7-3-2）知 ，則最大管耗可表示為： （7-3-9）當(dāng)最大管耗發(fā)生時的效率為：下圖為功率消耗PT與輸出峰值電壓Vom相對應(yīng)的曲線圖?！緢D】(備課筆記 P7.3-3)177.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）3、功放管的選擇：由于功放管工作在高電壓、大電流、大功耗狀態(tài)，所以功放管選擇需滿足下列條件：（1）每只功放管的最大允許管耗（2）功放管的耐壓（3）功放管的最大允許集電極電流187.3.1 雙電源互補對稱 電路（OCL電路）例7-3-1

9、 功放電路如圖7-3-1（a）所 示，設(shè)VCC=16V，RL=8，晶體 管極限參數(shù)ICM=3A，V(BR)CEO=40V，PCM=5W，試求：（1）Pom值，并檢驗所用功放管是否安全；（2）放大器在 時的Po值。解（1）說明所用功放管的工作是安全的。19例7-3-1續(xù)（2）由式（7-3-6）可求得 時的輸出電壓Vom為：207.3.2 單電源互補對稱功率放大器 （OTL-無輸出變壓器電路）當(dāng)在電路中采用單電源供電 時，可采用圖7-3-3所示的 電路。圖7-3-3中，功效管工作在乙類狀態(tài)。靜態(tài)時因電路對稱，E點電位為 ，負(fù)載中沒有電流。 vi正半周，T1導(dǎo)通，T2截止，io=iC1，負(fù)載RL上得

10、到正半周輸出信號，同時對電容C充電。 vi負(fù)半周，T1截止，T2導(dǎo)通，io=iC2，電容C通過T2和RL放電。負(fù)載RL上得到負(fù)半周輸出信號。圖7-3-3 單電源互補對稱功率放大器217.3.2 單電源互補對稱功率放大器 （OTL-無輸出變壓器電路）由此可見，單電源互補對稱 電路的工作原理與正、負(fù)雙 電源互補對稱電路的工作原 理相似，不同之處在于VCC降為VCC/2，輸出電壓幅度也由VCC降為VCC/2?？梢?，電容C實際上等效為電壓等于VCC/2的電源，使單電源供電電路等效為VCC/2和-VCC/2的雙電源供電電路。因而前面式（7-3-1）（7-3-4）各式中，只要將VCC改成VCC/2即可。具

11、體見表7-3-1所示。（具體表格不講）(教材上P.202)圖7-3-3 單電源互補對稱功率放大器227.3.3 甲乙類互補對稱功率放大器由于乙類功放中三極管存在死區(qū)電壓（硅管約為0.5V），只有當(dāng)輸入信號的幅度大于0.5V（對于T2應(yīng)小于-0.5V）以后，三極管才逐漸導(dǎo)通。因此，輸出波形在輸入信號零點附近的范圍出現(xiàn)交越失真。如圖7-3-4所示。圖7-3-4 乙類雙電源互補對稱功率放大電路的交越失真237.3.3 甲乙類互補對稱功率放大器為了克服交越失真，可以利用PN結(jié)壓降、電阻壓降、或其它元器件壓降給兩個功放管的發(fā)射結(jié)加上正向偏置電壓，使功放管處于剛剛導(dǎo)通狀態(tài)，稱為甲乙類。如圖7-3-5所示為

12、甲乙類功放。（a）圖為OCL電路，利用D1、D2正向壓降。圖7-3-5 甲乙類互補對稱功率放大器247.3.3 甲乙類互補對稱功率放大器（b）圖為OTL電路，利用D1、D2正向壓降。由于D1、D2的交流電阻很小，可視為短路，使T1、T2兩管基極信號基本相同。圖7-3-5 甲乙類互補對稱功率放大器257.3.3 甲乙類互補對稱功率放大器（c）圖為“VBE擴大電路”：當(dāng) 時，調(diào)節(jié)R2就可調(diào)節(jié)兩功放管基極之間的電壓。圖7-3-5 甲乙類互補對稱功率放大器267.3.3 甲乙類互補對稱功率放大器由于甲乙類功放的靜態(tài)電流很小，與乙類工作狀態(tài)很接近，因而甲乙類功放的最大輸出功率、效率、管耗等均按乙類電路的

13、有關(guān)公式計算。277.3.4 復(fù)合管互補對稱功率放大器用復(fù)合管代替乙類功放中的功放管，如圖7-3-6所示。復(fù)合管的類型和電極均由第一只晶體管決定，（a）圖中的為同類型管組成的復(fù)合管。（b）圖中兩個末級對管是同一類型（NPN型），因而比較容易配對，這種電路又稱為準(zhǔn)互補對稱電路。圖7-3-6 復(fù)合管互補對稱功率放大器287.3.5 實際功率放大電路舉例圖7-3-7為甲乙類準(zhǔn)互補對稱OCL功放電路。T1、T2組成單入單出的差動輸入級；T3為前置放大級。T4、T5復(fù)合為NPN,T6、T7復(fù)合為PNP,組成準(zhǔn)互補對稱功率電路。D1、D2、R7、熱敏電阻R15為輸出級提供偏置，使輸出管處于甲乙類工作狀態(tài)。

14、(電壓串聯(lián)負(fù)反饋)圖7-3-7 甲乙類互補對稱OCL電路29 7.4 集成功率放大器7.4.1 集成功放概述：集成功放一般包括前置級、驅(qū)動級和功率輸出級，以及偏置電路、穩(wěn)壓、過流保護等附屬電路。輸出功率從幾十毫瓦幾百瓦都有。有單電源供電、雙電源供電，還可以接成BTL電路的形式。307.4.2 集成功放 應(yīng)用簡介1、SHM1150 II型集成功放 由雙極型三極管和 單極型VMOS管組成的 功率放大器。功率VMOS管有很多優(yōu) 點：耐壓可高達1000V以 上，電流可達200A，輸入 電阻極高等。T1、T2為差動輸入級，為單入雙出式；T4、T5組成雙入單出的差動電路，為中間放大級。圖7-4-1 SHM

15、1150 II型集成功放317.4.2 集成功放 應(yīng)用簡介1、SHM1150 II型集成功放T7、T9復(fù)合為NPN管，T8、 T10復(fù)合為PNP管，組成準(zhǔn) 互補對稱功率輸出級。T6、R9、R10構(gòu)成可調(diào)偏 置電壓電路，使功放工作 于甲乙類狀態(tài)，消除交越 失真。R5和R2分壓構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，穩(wěn)定工作點。C為相位補償電容，消除自激。電路可在 1250V電源下工作，最大輸出功率150W。圖7-4-1 SHM1150 II型集成功放 (圖中T8發(fā)射極的箭頭方向畫反了)327.4.2 集成功放 應(yīng)用簡介2、 LM386小功率功放， 電源電壓416V。 功耗低（常溫下 為660mW），頻 帶寬（300

16、KHz），輸出功率0.30.7W，最大可達2W。T2、T4組 成雙入單出差動放大器(2、3為輸入端)。T3、T5為有源負(fù)載，T1、T6為射極跟隨器。T7共射放大器為主增益級。恒流源I0為其有源負(fù)載。T8、T10復(fù)合為PNP管，與T9組成準(zhǔn)互補對稱輸出級，工作于甲乙類狀態(tài)。（圖中D1、D2中間與輸出5端不相連，B端應(yīng)該為8腳）圖7-4-2 集成功率放大器LM386333、BTL功率放大器2、 LM386圖7-4-3是LM386的典型應(yīng)用電路。、腳之間的R1、C2調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)。由于為OTL電路，腳外接耦合電容C4（220F）。RL兩端的R2、C5組成容性負(fù)載，抵消RL中的感性。腳的C3與內(nèi)部的

17、R2組成去耦濾波電路。圖7-4-3 LM386典型應(yīng)用電路343、BTL功率放大器BTL功率放大器又稱 橋接推挽式放大器。在同樣的VCC和RL 條件下，可得到比 OCL、OTL大幾倍 的輸出功率。圖7-4-4（a）中，四個功放管T1T4組成橋式電路。 靜態(tài)時，電橋平衡，RL中無直流電流；動態(tài)時，橋臂對管輪流導(dǎo)通。 輸入信號正半周（上正下負(fù)），T1、T4導(dǎo)通，T2、T3截止，RL中電流如圖中實線所示。 輸入信號負(fù)半周（上負(fù)下正），T1、T4截止，T2、T3導(dǎo)通，RL中電流如圖中虛線所示。圖7-4-4 電路工作原理353、BTL功率放大器忽略功放管飽和壓 降，則兩個半周合 成，RL上得到幅值 為V

18、CC的輸出信號 電壓。與OCL、OTL電路相比，在相同的VCC時，BTL電路中輸出電壓幅度加大了一倍。則可見，BTL電路的最大輸出功率是同樣電壓OCL、OTL電路的4倍。圖7-4-4 電路工作原理363、BTL功率放大器圖7-4-5是將兩片LM386接成BTL功放的應(yīng)用電路，RP為調(diào)節(jié)對稱的平衡電阻。圖7-4-5 LM386組成的BTL電路 （圖中二片LM386的4腳接地）37 7.5 功率放大器實際應(yīng)用電路1、OCL功率放大器實際應(yīng)用電路圖中T1、T2、T3構(gòu) 成恒流源式差動放 大器，為前置級。T4、T5構(gòu)成中間放 大級。其中T4為共 射電路，T5為恒流 源。T7T10為準(zhǔn)互補 OCL電路作為輸出級。T6、RE4、RE5構(gòu)成“VBE擴大電路”，消除交越失真。Rf、C1、RB2構(gòu)成電壓串聯(lián)負(fù)反饋。（Rf=22k、C1 =47F）圖7-5-1 OCL功率放大器實際應(yīng)用電路382、OTL功率放大器圖中T1為前置電 壓放大級；T2為中間推動級；T3、T4構(gòu)成互補 功率輸出級；R14、R4構(gòu)成電壓 串聯(lián)負(fù)反饋；C2、C4、C7為相位補償元件，防止高頻自激；R10連在T2基極與輸出端C6正極