功率放大電路-電子技術(shù)實(shí)踐基礎(chǔ)

互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱電路是集成功率放大電路輸出級(jí)的基本形式。當(dāng)它通過(guò)容量較大的電容與負(fù)載耦合時(shí)，由于省去了變壓器而被稱為無(wú)輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡(jiǎn)稱OTL電路。若互補(bǔ)對(duì)稱電路直接與負(fù)載相連，輸出電容也省去，就成為無(wú)輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡(jiǎn)稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。例：擴(kuò)音系統(tǒng)實(shí)際負(fù)載什么是功率放大器？

在電子系統(tǒng)中，模擬信號(hào)被放大后，往往要去推動(dòng)一個(gè)實(shí)際的負(fù)載。如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)等。推動(dòng)一個(gè)實(shí)際負(fù)載需要的功率很大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器功率放大電壓放大信號(hào)提取互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一功率放大電路概述一功率放大電路概述

(一)

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

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=IoUo

改用振幅值表示為Po=

IomUom

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。

式中，Po為信號(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。*變壓器耦合功率放大電路傳統(tǒng)的變壓器耦合式甲類功放電路電源提供的功率為PV＝ICQVCC

，全部消耗在管子上。則可作出交流負(fù)載線

RL等效到原邊的電阻為變壓器原邊線圈電阻可忽略不計(jì)，直流負(fù)載線垂直于橫軸且過(guò)(VCC

，0)。在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形QAB的面積在輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變電路的最大效率為:Pom/PV=50℅*實(shí)用的變壓器功率放大電路希望輸入信號(hào)為零時(shí)，電源不提供功率，輸入信號(hào)愈大，負(fù)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。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替導(dǎo)通的方式稱為“推挽”工作方式。無(wú)輸入信號(hào)，二管截止有輸入信號(hào)，二管交替導(dǎo)通(二)功率放大電路工作狀態(tài)的分類在放大電路中，若輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，根據(jù)晶體管在信號(hào)整個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通情況分類甲類(=2)（一個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通）tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙類(=)（導(dǎo)通角等于180°）tiCO

IcmICQ2甲乙類(

<<2)（導(dǎo)通角大于180°）丙類：導(dǎo)通角<

。(導(dǎo)通角小于180°)丁類：功放管工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，管子僅在飽和導(dǎo)通時(shí)消耗功率。集電極電流iC將嚴(yán)重失真。二甲類功率放大器分析1.三極管的靜態(tài)功耗：若電源提供的平均功耗：則IcuceQuceQIcQ互補(bǔ)對(duì)稱：電路中采用兩個(gè)晶體管：NPN、PNP各一支；兩管特性一致。組成互補(bǔ)對(duì)稱式射極輸出器。三雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路(OCL電路)

(一)電路組成和工作原理ic1ic2

ui=0V

ic1、ic2均=0（乙類工作狀態(tài)）

uo=0V2.動(dòng)態(tài)分析ui

0VT1截止，T2導(dǎo)通ui

>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2兩個(gè)管子交替工作，在負(fù)載上得到完整的正弦波。1.

靜態(tài)分析ic1ic2動(dòng)態(tài)分析：vi

0VT1截止，T2導(dǎo)通vi>0VT1導(dǎo)通，T2截止iL=ic1

;vi-VCCT1T2vo+VCCRLiLiL=ic2靜態(tài)分析：vi=0VT1、T2均不工作

vo=0V組合特性分析——圖解法負(fù)載上的最大不失真電壓為Uom=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUom(二)分析計(jì)算最大不失真輸出功率Pomax1.輸出功率Po一個(gè)管子的管耗

2.管耗PT兩管管耗3.電源供給的功率PE當(dāng)4.效率最高效率max3．三極管的最大管耗

問(wèn)：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1對(duì)Uom求導(dǎo)，并令導(dǎo)數(shù)=0，得出：PT1max發(fā)生在Uom=0.64VCC處。將Uom=0.64VCC代入PT1表達(dá)式：選功率管的原則：1.PCM

PT1max=0.2PoM2．輸入輸出波形圖uiuououo

′交越失真死區(qū)電壓(三)

交越失真的消除tuo交越失真uit存在交越失真乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放的缺點(diǎn)甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放

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。

克服交越失真的措施就是避開(kāi)死區(qū)電壓區(qū)，使每一個(gè)晶體管處于微導(dǎo)通狀態(tài)。四

OTL電路（一）特點(diǎn)T1、T2的特性一致；一個(gè)NPN型、一個(gè)PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。（二）靜態(tài)時(shí)(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuO++-+-RLuiT1T2Auo+-+-（三）動(dòng)態(tài)時(shí)

設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號(hào)。T1導(dǎo)通、T2截止；同時(shí)給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源

若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負(fù)載上得到的交流信號(hào)正負(fù)半周對(duì)稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號(hào)ui的正半周輸入交流信號(hào)ui的負(fù)半周（四）克服交越失真的OTL互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

兩個(gè)晶體管T1(NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。

靜態(tài)時(shí),調(diào)節(jié)R3,使A點(diǎn)的電位為；

輸出電容CL上的電壓也等于；

R1和D1、D2上的壓降使兩管獲得合適的偏壓，工作在甲乙類狀態(tài)。OTL互補(bǔ)對(duì)稱放大電路OtuiOtuoiC2iC1R1RLR3R2D1D2T1T2+UCCAC+uo++CL+在輸出功率較大時(shí)常采用復(fù)合管復(fù)合管的構(gòu)成ic1=

1

ib1,ic2=2ib2

=2(1+1)ib1,ic

=ic1+ic2

=[1+2(1+1)]ib1

12ib1方式1ib2=ie1=(1+1)ib1,ib=ib1,CBET1NPNT2NPNibicieBECibicieNPN復(fù)合管的電流放大系數(shù)1

2復(fù)合管的類型與復(fù)合管中第一只管子的類型相同方式2EBCT1PNPT2NPNibicieBCEibiciePNPOTL互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

3.R8和R9

的作用?

1.R4、D1、D2的作用？

2.

T1和T3

、T2和T4

構(gòu)成什么工作方式？思考

4.R6和R7

的作用?ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL++_R2R5R7R9R8T5uo+_++OTL互補(bǔ)對(duì)稱放大電路

(3)R8和R9

的作用?

(1)R4、D1、D2的作用？

(2)T1和T3

、T2和T4

構(gòu)成什么工作方式？

(4)R6和R7

的作用?避免產(chǎn)生交越失真構(gòu)成復(fù)合管引入電流負(fù)反饋，使電路工作穩(wěn)定。分流T1、T2的ICEO，提高溫度穩(wěn)定性。ui+UCCRLT1T2R3D1D2R1R4R6T3T4CL++_R2R5R7R9R8T5uo+_++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。而一般功率管的電流由放大系數(shù)均不大，一般通過(guò)復(fù)合管來(lái)解決此問(wèn)題。復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功放

準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱功放

五集成功率放大器由前置級(jí)、中間級(jí)、輸出級(jí)及偏置電路等組成，但輸出功率大、效率高。常設(shè)有過(guò)電流、過(guò)電壓及過(guò)熱保護(hù)等措施。(一)、LM386集成功率放大器低電壓通用型集成功率放大器。工作電壓：4~12V；輸出功率：660mW；帶寬：300kHz（管腳1、8開(kāi)路時(shí)）；輸入阻抗：50kΩ。調(diào)節(jié)RP，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在20~200之間變化。頻率補(bǔ)償電路，改善功放的高頻特性、防止高頻自激。(二)、DG810集成功率放大器標(biāo)準(zhǔn)集成音頻功率放大器。輸出功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬；具有保護(hù)電路等。為輸入管提供基極偏置電流。交流反饋電路，不同的R2可得不同的閉環(huán)增益。頻補(bǔ)，改善高頻特性、防止高頻自激。自舉電路，提高功放的最大不失真輸出功率。電源去耦(三)、TDA2040集成功率放大器獨(dú)特短路保護(hù)，自動(dòng)限制功耗；具過(guò)熱關(guān)機(jī)等保護(hù)；工作電壓：±2.5～±20V；開(kāi)環(huán)增益：80dB；功率帶寬：100kHz；輸入電阻：50kΩ；負(fù)載4Ω時(shí)輸出功率22W，失真很小?？呻p電源供電構(gòu)成OCL；也可單電源供電構(gòu)成OTL。雙電源供電，最大輸出功率15W，失真?。籖2、R3構(gòu)成交流負(fù)反饋，使閉環(huán)增益為30dB；R4、C7高頻補(bǔ)償；C3~C6為電源濾波電容。單電源供電，經(jīng)R1、R2分壓給1、4腳提供VCC/2的直流偏壓；R4、