项目五低频功率放大电路

项目五低频功率放大电路 学习要点 l功率放大电路的特点 l互补对称推挽功率放大电路及其工作原理集成功率放大器

前置放大器功率放大器负载 (换能器) 信号源 5.1 功率放大电路概述 5.1.1 功率放大电路的特点放大器方框图功率放大电路是一种以输出较大功率为目的的放大电路。它一般直接驱动负载，带负载能力要强。

功率放大电路与电压放大电路的区别 (1).本质相同电压放大电路或电流放大电路：主要用于增强电压幅度或电流幅度。功率放大电路:主要输出较大的功率。但无论哪种放大电路，在负载上都同时存在输出电压、电流和功率，从能量控制的观点来看，放大电路实质上都是能量转换电路。因此，功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。称呼上的区别只不过是强调的输出量不同而已。

(2).任务不同 电压放大电路：主要任务是使负载得到不失真的电压信号。输出的功率并不一定大。在小信号状态下工作. 功率放大电路：主要任务是使负载得到不失真（或失真较小）的输出功率。在大信号状态下工作。

(3).指标不同 电压放大电路：主要指标是电压增益、输入和输出阻抗. 功率放大电路：主要指标是功率、效率、非线性失真。 (4).研究方法不同电压放大电路：图解法、等效电路法功率放大电路：图解法

功率放大电路的特点 为了获得大的功率输出，要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度，因此管子往往在接近极限运用状态下工作。在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。它代表了电路将电源直流能量转换为输出交流能量的能力. 功率放大电路是在大信号下工作，所以不可避免地会产生非线性失真，这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。（1）功率要大（2）效率要高（3）失真要小（4）散热要好

5.1.2 功率放大电路的分类 （1）甲类放大(A类放大)在输入正弦信号的一个周期内三极管都导通，都有电流流过三极管。这种工作方式称为甲类放大。或称A类放大。此时整个周期都有，功率管的导电角θ= 2π。（2）乙类放大（B类放大）在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期三极管导通。称为乙类放大。如图2所示，此时功率管的导电角θ=π。

（3）甲乙类放大（AB类放大） 在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上三极管是导通的。称为甲乙类放大。如图所示，此时功率管的导电角θ满足：π< θ < 2π。

三种工作状态下的功率放大电路 甲类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的中点。在工作过程中，晶体管始终处在导通状态。这种电路功率损耗较大，效率较低，最高只能达到50％。乙类功率放大电路的静态工作点设置在交流负载线的截止点，晶体管仅在输入信号的半个周期导通。这种电路功率损耗减到最少，使效率大大提高。甲乙类功率放大电路的静态工作点介于甲类和乙类之间，晶体管有不大的静态偏流。其失真情况和效率介于甲类和乙类之间。

提高效率的主要途径 （1）效率η是负载得到的有用信号功率（即输出功率Po）和电源供给的直流功率（PE）的比值。要提高效率，就应减少消耗在晶体管上的功率PV ,将电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出功率。（2）在甲类放大电路中，为使信号不失真，需设置合适的静态工作点，保证在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管。当有信号输入时，电源供给的功率一部分转化为有用的输出功率，另一部分则消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量的形式耗散出去，称为管耗。甲类放大电路的效率是较低的，可以证明，即使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。（3）提高效率的主要途径是减小静态电流从而减少管耗。

静态电流是造成管耗的主要因素，因此如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输出的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。实现上述设想的电路有乙类和甲乙类放大。静态电流是造成管耗的主要因素，因此如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输出的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。实现上述设想的电路有乙类和甲乙类放大。乙类和甲乙类放大主要用于功率放大电路中。虽然减小了静态功耗，提高了效率，但都出现了严重的波形失真，因此，既要保持静态时管耗小，又要使失真不太严重，这就需要在电路结构上采取措施。

5.2 互补对称功率放大电路 5. 2.1 OCL乙类互补功率放大电路（1）电路组成: 该电路是由两个射极输出器组成的。图中,T1和T2分别为NPN型管和PNP型管，两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，RL为负载

（2）工作原理: 静态（ui=0）时，UB=0、UE=0，偏置电压为零，V1、V2均处于截止状态，负载中没有电流，电路工作在乙类状态。动态（ui≠0）时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载；在ui的负半周V2导通而V1截止，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载。可见在输入信号ui的整个周期内，V1、V2两管轮流交替地工作，互相补充，使负载获得完整的信号波形，故称互补对称电路。由于V1、V2都工作在共集电极接法，输出电阻极小，可与低阻负载RL直接匹配。

从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。从工作波形可以看到，在波形过零的一个小区域内输出波形产生了失真，这种失真称为交越失真。产生交越失真的原因是由于V1、V2发射结静态偏压为零，放大电路工作在乙类状态。当输入信号ui小于晶体管的发射结死区电压时，两个晶体管都截止，在这一区域内输出电压为零，使波形失真。

（3）性能指标: 实际输出功率理想输出功率实际电源功率理想时的效率每管功率消耗

例：OCL功放电路。已知VCC=12V。三极管 的UCES取2V，RL=35欧，试求 (1)最大不失真输出功率； (2)电源供给的功率和最大输出功率时的效率； (3)每个管子的最大管耗。

5. 2.2 OCL甲乙类互补功率放大电路 实际的乙类互补对称电路（图），由于没有直流偏置，只有当当输入信号vi大于管子的门坎电压（NPN硅管约为0.6V，PNP锗管约为0.2V）时，管子才能导通。当输入信号vi低于这个数值时，T1和T2都截止，ic1和ic2基本为零，负载RL上无电流通过，出现一段死区，如图所示。这种现象称为交越失真。

为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。为减小交越失真，可给V1、V2发射结加适当的正向偏压，以便产生一个不大的静态偏流，使V1、V2导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态，如图所示。图中二极管D1、D2用来提供偏置电压。静态时三极管V1、V2虽然都已基本导通，但因它们对称，UE仍为零，负载中仍无电流流过。

C C V2 V2 V1 B V1 B E E 5. 2.3 OCL准互补功率放大电路 1.复合管 C C iC V1 V1 B B iB V2 V2 iE E E （a）NPN型（b）PNP型（c）NPN型（d）PNP型

复合管的特点 双极型复合管的电流放大倍数大大提高；双极型复合管的输入电阻大大提高；场效应管与双极型管复合，可提高等效跨导；可以把异型被驱动管转型，在功放电路中尤为重要。

+VCC Rb1 V1 ui V3 R VD1 Re1 + uo VD2 C clef RL V2 Rb2 V4 RL Re2 2.复合管组成的准互补对称功放电路

OTL功率放大电路 因电路对称，静态时两个晶体管发射极连接点电位为电源电压的一半，负载中没有电流。动态时，在ui的正半周V1导通而V2截止，V1以射极输出器的形式将正半周信号输出给负载，同时对电容C充电；在ui的负半周V2导通而V1截止，电容C通过V2、RL放电，V2以射极输出器的形式将负半周信号输出给负载，电容C在这时起到负电源的作用。为了使输出波形对称，必须保持电容C上的电压基本维持在UCC/2不变，因此C的容量必须足够大。

8.2.5 集成功率放大器

集成功放芯片

LM386集成功率放大器主要指标 1. LM386外形、管脚排列及内部电路

TDA2030专用集成功率放大器

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