第27講 功率放大電路

第二十七講功率放大電路一、概述二、互補輸出級的分析計算三、功率放大電路的安全運行（了解）

四、集成功率放大電路簡介（理解、會實用）

五、討論

在實用電路中，往往要求放大電路的末級（即輸出級）輸出一定的功率，以驅(qū)動負(fù)載。能夠向負(fù)載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路。提供足夠大的電壓和電流。一、概述（1）主要技術(shù)指標(biāo)

1.功率放大電路要研究的問題1）最大輸出功率Pom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。

若已知Uom，則可得Pom。2）轉(zhuǎn)換效率

η最大輸出功率與電源損耗的平均功率之比為效率。（3）晶體管的選用：根據(jù)極限參數(shù)選擇晶體管。在功放中，晶體管通過的最大集電極或射極電流接近最大集電極電流ICM，承受的最大管壓降接近c-e反向擊穿電壓U(BR)CEO，消耗的最大功率接近集電極最大耗散功率PCM。故稱為工作在盡限狀態(tài)。所以功放管通常為大功率管，使用時必須安裝散熱片，有時還要采取各種保護措施。（2）分析方法：因大信號作用，故應(yīng)采用圖解法分析電壓及電流。引入交流負(fù)反饋：改善波形。2.對功率放大電路的要求（1）在電源電壓一定的情況下，最大不失真輸出電壓Uom最大，即輸出功率盡可能大。（2）效率盡可能高，因而電路損耗的直流功率盡可能小，靜態(tài)時功放管的集電極電流近似為0。（1）甲類方式：晶體管在信號的整個周期內(nèi)均處于導(dǎo)通狀態(tài)（2）乙類方式：晶體管僅在信號的半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)（3）甲乙類方式：晶體管在信號的多半個周期處于導(dǎo)通狀態(tài)3.晶體管的工作方式4.為什么共射放大電路不宜用做功率放大電路因為靜態(tài)時，RC、Rb、晶體管均消耗能量，IB很小，Rb消耗的能量可略，流過RC的電流為ICQ，則電源提供的功率為：，為矩形ABCO晶體管消耗的功率，，矩形AQDO電阻RC消耗的功率，，矩形QBCD動態(tài)時：流過RC、晶體管的電流均為交直流疊加，RC、晶體管的消耗功率求解非常繁瑣，只能通過求解輸出功率來說明。電源輸出電流的平均值：電源提供的功率為：（電源提供的功率不變）。從圖上可知，輸出功率（包含RC）很小，三角形QDE中還包含RC消耗的功率，效率很低，所以不能用于功放。R’L=RL//RC（1）變壓器耦合功率放大電路單管甲類電路5.功率放大電路的種類適合做功放嗎？效率為50%?？梢宰龉Ψ烹娐?，但效果不理想。因為電源提供的功率不變，輸入電壓為零時，效率也為零；輸入電壓愈大，負(fù)載獲得的功率就愈大，管子的損耗也愈大，轉(zhuǎn)換效率也就愈高。但人們通常希望輸入信號為零時電源不提供功率，輸入信號愈大，負(fù)載獲得的功率也愈大，從而提高轉(zhuǎn)換效率。①輸入信號增大，輸出功率如何變化？負(fù)載獲得的功率就愈大，輸出功率愈大。②輸入信號增大，管子的平均電流如何變化？

管子的平均電流增大，管子的損耗也增大，轉(zhuǎn)換效率也就愈高。③輸入信號增大，電源提供的功率如何變化？效率如何變化？

電源提供的功率不變，轉(zhuǎn)換效率也就愈高。乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流為零，管耗小，效率高。甲乙類工作狀態(tài)失真大，靜態(tài)電流小，管耗小，效率較高。甲類工作狀態(tài)失真小，靜態(tài)電流大，管耗大，效率低。（2）變壓器耦合乙類推挽功放電路信號的正半周T1導(dǎo)通、T2截止；負(fù)半周T2導(dǎo)通、T1截止。

兩只管子交替工作，稱為“推挽”。設(shè)β為常量，則負(fù)載上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。雙管乙類電路（3）OTL電路

輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充電。輸入電壓的負(fù)半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放電。C足夠大，才能認(rèn)為其對交流信號相當(dāng)于短路。OTL電路低頻特性差。因變壓器耦合功放笨重、自身損耗大，故選用OTL電路。電容C的作用：1)充當(dāng)VCC/2電源2)耦合交流信號（4）OCL電路輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→RL→地輸入電壓的負(fù)半周：

地→RL→T2→－VCC兩只管子交替導(dǎo)通，兩路電源交替供電，雙向跟隨。靜態(tài)時，UEQ＝UBQ＝0。存在交越失真，即在輸入信號過零點附近產(chǎn)生輸出失真。交越失真輸入信號幅度越小失真越明顯。（5）BTL電路

輸入電壓的正半周：＋VCC→T1→

RL→T4→地輸入電壓的負(fù)半周：＋VCC→T2→

RL→T3→地①是雙端輸入、雙端輸出形式，輸入信號、負(fù)載電阻均無接地點。②管子多，損耗大，使效率低。幾種電路的比較

變壓器耦合乙類推挽：單電源供電，笨重，效率低，低頻特性差。OTL電路：單電源供電，低頻特性差。應(yīng)用較廣。OCL電路：雙電源供電，效率高，低頻特性好。應(yīng)用較廣。BTL電路：單電源供電，低頻特性好；雙端輸入雙端輸出。二、互補輸出級的分析估算（以O(shè)CL電路為例）1.消除交越失真的OCL電路

（1）電路構(gòu)成：見右圖（2）消除交越失真原理1）靜態(tài)時，從+VCC經(jīng)過R1、R2、D1、D2、R3到﹣VCC有一個直流電流，它在T1和T2管兩個基極之間所產(chǎn)生的電壓為：UB1B2=UR2+UD1+UD2使UB1B2略大于T1管發(fā)射結(jié)和T2發(fā)射結(jié)開啟電壓之和，從而使兩只管子均處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為IB1和IB2。靜態(tài)時應(yīng)調(diào)節(jié)R2，使發(fā)射極電位UE為零，即輸出電壓uO為0。2)當(dāng)所加信號為正弦波時，由于二極管D1、D2的動態(tài)電阻很小，而且R2的阻值也較小，所以可以認(rèn)為D1、D2、R2的壓降可忽略。當(dāng)ui>0時，T1導(dǎo)通、T2截止；當(dāng)ui<0時，T2導(dǎo)通、T1截止。

輸出波形如圖所示，可見即使ui很小，總能保證至少有一只晶體管導(dǎo)通，因而消除了交越失真。由于兩管的導(dǎo)通時間都比輸入信號的半個周期長，即在信號電壓很小時，兩只管子同時導(dǎo)通，因而它們工作在甲乙類工作狀態(tài)。然后求出電源的平均功率，最后求效率η（2）輸出功率在已知RL的情況下，先求出Uom，則再求解輸出功率2.消除交越失真的OCL電路參數(shù)計算（1）求出Uom因U0max=VCC-UCES1，UCES1=--UCES2=UCES；則（4）效率η（3）電源的平均功率（電源提供的功率）理想條件下，UCES=0，η=（π/4）=75%，有22.5%被晶體管消耗。

3.晶體管的極限參數(shù)PT對UOM求導(dǎo)，并令其為0，可得

在輸出功率最大時，因管壓降最小，故管子損耗不大；輸出功率最小時，因集電極電流最小，故管子損耗也不大。管子功耗與輸出電壓峰值的關(guān)系為最大管壓降最大集電極電流因此，選擇晶體管時，其極限參數(shù)將UOM代入PT的表達式，可得集電極最大功耗三、功率放大電路的安全運行（了解）四、集成功率放大電路簡介（理解、會實用）1.功放管的二次擊穿2.功放管的散熱問題3.功放管的散熱器：散熱器應(yīng)垂直或水平放置，這樣有利于通風(fēng)，散熱效果較好；同時散熱其表面應(yīng)鈍化涂黑，有利于熱輻射，從而可以減小熱阻。1.LM386集成功放及其應(yīng)用12348765引腳圖直流電源：4

12V（LM386–1、LM386-3）額定功率：660mW帶寬：300kHz輸入阻抗：50k

2.LM386集成功放的各管腳作用電壓放大倍數(shù)的調(diào)節(jié)范圍：26~46dB引腳2為反相輸入端；3為同相輸入端；引腳5為輸出端；引腳6和4分別為電源和地端；引腳1和8為電壓增益設(shè)定端；使用時在引腳7和地之間接旁路電容，通常取10微法。輸出端引腳5應(yīng)外接電容后再接負(fù)載。3.LM386集成功放的屬性為OTL集成功放。

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1

F810.047F+VCC6輸出電容(OTL)頻率補償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)討論一：圖示各電路屬于哪種功放？解：屬于OTL功放LM386的一種基本接法。C1為輸出電容，由于引腳1和8開路，所以集成功放的電壓增益為26dB，即電壓放大倍數(shù)為20，利用RW

可以調(diào)節(jié)揚聲器的聲音。R和C2串聯(lián)構(gòu)成校正網(wǎng)絡(luò)用來進行相位補償。靜態(tài)時：VC1=VCC/2，U0m=VCC。作業(yè)9.16題TDA1556為2通道BTL功放電路。右圖所示為TDA1556種一個通道組成的使用電路，已知VCC=15V；U0m=13V解（1）基準(zhǔn)電壓UREF=VCC/2=7.5V。靜態(tài)時u01=u01=7.5V。（2）最大輸出功率和效率：（3）輸入電壓有效值：討論二：出現(xiàn)下列故障時，將產(chǎn)生什么現(xiàn)象?1.R2短路；2.R2斷路；3.D1短路；4.D1斷路；5.T1集電極開路。T2、T5的極限參數(shù)：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。解（1）R2短路，則T1和T2的發(fā)射結(jié)起鉗位作用，u0=VCC-UBE1-UBE2=16.6V。（2）R2短路，則D1、D2不可能導(dǎo)通，T5管截止，信號無法傳遞，故電路輸出為零。（3）D1短路，則將導(dǎo)致T1和T2、T3和T4兩只復(fù)合管不能工作在臨界導(dǎo)通狀態(tài)，因而輸出電壓回右交越失真。