模電第5章功率放大電路

第5章功率放大電路5.1功率放大電路的一般問題5.2互補(bǔ)對稱功率放大電路5.3集成功率放大電路5.1功率放大電路的一般問題電壓放大電路和功率放大電路都是利用三極管的放大作用將信號放大，前者工作在小信號狀態(tài)，目的是輸出足夠大的電壓信號，而功率放大電路則是工作在大信號狀態(tài)。

5.1.1對功率放大電路的基本要求5.1.2功率放大電路的分類對功率放大電路的基本要求如下：1．能輸出盡可能大的功率，以滿足負(fù)載的要求。

2．具有較高的工作效率。

3．盡量減少非線性失真。

4．注意功率輸出管的散熱問題。

5.1.1對功率放大電路的基本要求按照放大信號的頻率分:

低頻功率放大電路（幾十赫～幾十千赫）和高頻功率放大電路（幾百千赫～幾十兆赫）。按輸出端與負(fù)載的耦合方式的不同:

分為變壓器耦合方式、無輸出變壓器（OTL）方式和無輸出電容（OCL）方式。

按照其三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同:

常分為甲類功率放大電路、乙類功率放大電路和甲乙類功率放大電路等。5.1.2功率放大電路的分類ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶體管的工作狀態(tài)甲類工作狀態(tài)

晶體管在輸入信號的整個周期都導(dǎo)通。Q大致在交流負(fù)載線的中點(diǎn)靜態(tài)IC較大，波形好,管耗大效率低。乙類工作狀態(tài)

晶體管只在輸入信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，靜態(tài)IC=0，波形嚴(yán)重失真,管耗小效率高。甲乙類工作狀態(tài)晶體管導(dǎo)通的時間大于半個周期，靜態(tài)IC

0，一般功放常采用。5.2互補(bǔ)對稱功率放大電路5.2.1

乙類OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路(Output

TransformerLess)5.2.3甲乙類OCL互補(bǔ)對稱功率放大電路(OutputCapacitorLess

)5.2.2甲乙類OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路5.2.4采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱功率放大電路

5.2.1

乙類OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路管型不同，參數(shù)相同，特性一致的對稱互補(bǔ)管1.電路組成圖5.2.1乙類OTL互補(bǔ)對稱放大電路2.工作原理

在靜態(tài)時，由于電路上下的對稱性，A點(diǎn)的電位為1/2VCC

，靜態(tài)時，兩管IB=0，工作于乙類工作狀態(tài)，僅有穿透電流ICEO通過。

RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-OtiC1OtiC2OtiLOtuiui>0時VT1導(dǎo)通VT2截止。ui<0時VT2導(dǎo)通VT1截止。iL=iC1–iC2RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-在輸入信號的一個周期內(nèi)，兩個管子交替導(dǎo)通，在負(fù)載上合成得到一個完整的輸出電壓。故稱為互補(bǔ)對稱放大電路。uI>0時工作點(diǎn)沿QA上移。uI<0時工作點(diǎn)沿QB下移。Ucem=(VCC/2)-UCES若VT1、VT2對稱3.主要參數(shù)的估算-uCE2QiC1OiC2uCE1AOB圖5.2.2乙類OTL互補(bǔ)電路的圖解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC/22RLVCC（1）最大輸出功率

（2）效率

電源供給的功率效率忽略UCES（3）功率管的極限參數(shù)

①集電極最大允許電流②集電極最大允許反向電壓③集電極最大允許耗散功率PCM

4．交越失真

圖5.2.3乙類OTL互補(bǔ)對稱電路的波形圖

RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-5.2.2甲乙類OTL互補(bǔ)對稱功率放大電路

圖5.2.4甲乙類OTL互補(bǔ)對稱電路

1.電路組成

2.工作原理圖5.2.5甲乙類OTL互補(bǔ)對稱電路的波形圖

3.參數(shù)計(jì)算同上

調(diào)節(jié)電阻R，改變?nèi)龢O管的偏壓，消除交越失真。調(diào)節(jié)R1、R2，保證兩發(fā)射結(jié)的靜態(tài)電位1/2Vcc.3、確定三極管的極限參數(shù)4.帶自舉的OTL甲乙類互補(bǔ)對稱電路

圖5.2.6帶自舉的OTL甲乙類互補(bǔ)對稱電路5.2.3甲乙類OCL互補(bǔ)對稱功率放大電路1.電路組成

圖5.2.7甲乙類OCL互補(bǔ)對稱電路互補(bǔ)對稱2.工作原理

圖5.2.8甲乙類OCL互補(bǔ)對稱電路的波形圖3.主要參數(shù)的估算

（1）最大輸出功率（2）效率忽略UCES（3）功率管的極限參數(shù)

①集電極最大允許電流②集電極最大允許反向電壓③集電極最大允許耗散功率互補(bǔ)對稱功放電路設(shè)置適當(dāng)?shù)撵o態(tài)工作偏流的方法很多，如圖5.2.9所示電路為利用UBE

擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置的OCL互補(bǔ)對稱電路。

圖5.2.9甲乙類OCL互補(bǔ)對稱電路復(fù)合管可由兩個或兩個以上的三極管組合而成。它們可以由相同類型的三極管組成，也可以由不同類型的三極管組成。無論由相同或不同類型的三極管組成復(fù)合管時,

在前后兩個三極管的連接關(guān)系上，應(yīng)保證前級三極管的輸出電流與后級三極管的輸入電流的實(shí)際方向一致。外加電壓的極性應(yīng)保證前后兩個三極管均為發(fā)射結(jié)正偏，集電結(jié)反偏，使兩管都工作在放大區(qū)。5.2.4采用復(fù)合管的互補(bǔ)對稱功率放大電路

1．復(fù)合管的接法

rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2iC1iC2iE1=iB2iEiCiBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1與NPN型三極管等效VT1VT2bec前一管的發(fā)射極與后一管的基極連接，前一管的集電極與后一管的集電極連接。由于前一管的基極、發(fā)射極電流Ib1,Ie1為：

Ie1=(1+β1)*ib1（β1為前一管的電流放大系數(shù)）

所以后一管的電流Ib2，Ie2為：

Ib2=Ie1

Ie2=(1+β2)*ib2=(1+β2)*Ie1=(1+β2)*(1+β1)*ib1（β2為后一管的電流放大系數(shù)）

因此按輸入電阻的公式，前一管的輸入電阻rbe1為：

rbe1=rbb1+(26/Ie1)*（1+β1）

若發(fā)射極上串有電阻Re，則輸入電阻R1

R1=rbb1+(26/Ie1+Re)*（1+β1）

后一管的輸入電阻rbe2為：

rbe2=rbb2+(26/Ie2)*(1+β2)

后一管的輸入電阻rbe2是前一管的發(fā)射極串聯(lián)的電阻Re，代入后：

R1=rbb1+(26/Ie1+rbe2)*（1+β1）

=rbb1+(26/Ie1)*（1+β1）+rbe2*（1+β1）

=rbe1+rbe2*（1+β1）

ic1=iB2iE2iB1iBic2iciE1iEΔiC=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與NPN型三極管等效ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1ΔiC2=β1β2)ΔiB1VT2VT1becrbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2與PNP型三極管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1與PNP型三極管等效iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec（1）任意兩只三極管適當(dāng)連接可以等效為一只三極管，其等效后的型號與第一只管子的型號相同；（2）等效管子的電流放大系數(shù)近似為兩只管子放大系數(shù)的乘積，即

β≈β1β2

（3）等效管子的輸入電阻為同型號的兩只管子復(fù)合時， 不同型號的兩只管子復(fù)合時，

2．復(fù)合管組成的互補(bǔ)對稱功率放大電路

圖5.2.11復(fù)合管組成的互補(bǔ)對稱功率放大電路圖5.2.12復(fù)合管組成的準(zhǔn)互補(bǔ)對稱功率放大電路5.3集成功率放大電路5.3.1LM386通用型集成功率放大電路

5.3.2專用型集成功率放大電路XG4140

5.3.3音頻集成功率放大電路CD4100

5.3集成功率放大電路

集成功率放大器由于不僅具有體積小、重量輕、成本低、外圍元件少，安裝調(diào)試簡單，使用方便等優(yōu)點(diǎn)，而且在性能上也優(yōu)于分立元件，例如溫度穩(wěn)定性好，功耗小、失真小。特別是集成功率放大器內(nèi)部還設(shè)置有過熱、過電流、過電壓等自動保護(hù)功能的電路對電路自行進(jìn)行保護(hù)。

5.3.1LM386通用型集成功率放大電路

1．LM386內(nèi)部電路

LM386內(nèi)部電路原理圖如圖5.3.1所示。與通用型集成運(yùn)放相類似，它是一個三級放大電路。圖5.3.1LM386內(nèi)部原理電路電路單電源供電，如在①、⑧間接一個可調(diào)電阻電容串聯(lián)網(wǎng)絡(luò)，就可改變功放的增益，其可調(diào)范圍為20～200倍。

LM386供電電壓為4～12V，在Vcc=6V時可驅(qū)動4Ω負(fù)載，9V時可驅(qū)動8Ω負(fù)載。外部引線圖如圖5.3.2所示。＋－12364578＋

Vcc增益設(shè)定反相輸入端同相輸入端地增益設(shè)定旁路電容輸出端圖5.3.2LM386的的外部引線圖2．LM386組成OTL電路

如果在1和8之間外接10uF的電容器C1時，電路增益為200；如果在1和8之間接入1.2KΩ電阻R1和10uF的電容器C1時，則電路增益為50；調(diào)節(jié)電阻R1的大小，其功放的增益可調(diào)范圍為20～200倍。如果在1和8之間斷開時，電路增益為20；圖5.3.4由LM386組成的簡單OTL音頻放大電路若增益只需20倍，且電路無自激，則增益調(diào)節(jié)網(wǎng)絡(luò)、相位補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)及電源退耦網(wǎng)絡(luò)都可消去，可變成簡單的外圍應(yīng)用電路，如圖5.3.4所示。3．LM386組成BTL電路

橋式推挽功率放大電路（也稱為平衡式無輸出變壓器電路），簡稱為BTL(Bridge-Tied-Load)電路。其主要特點(diǎn)是在同樣電源電壓和負(fù)載電阻條件下，它可得到比OCL或OTL電路大幾倍的輸出功率，其工作原理圖如圖5.3.5所示。圖5.3.5BTL原理電路圖5.3.6由LM386組成的簡單OTL音頻放大