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1、第6章 低频功率放大器,6.1 概述 6.2 互补对称功率放大电路 6.3 集成功率放大器 小结,6.1 概述,功率放大器强调的是有足够的功率输出，不仅要求有一定的电压输出幅度，同时还要有一定的电流输出幅度。由于侧重的输出对象不同，因此功率放大电路具有不同于电压放大器的特点。 1.功率放大电路的任务要求和特点 1)大输出功率工作状态 功放管中的电压、电流信号都是大信号状态，管子往往在接近极限状态下使用，一般以不超过晶体管的极限参数为限度。 2)功率放大电路的效率问题 由于输出功率大，直流电源的功耗也大，对于同样功率的直流电能，转换成的交流输出能量越多，功率放大电路的效率就越高。,下一页,6.1
2、 概述,3)非线性失真问题 功率放大电路工作在大信号工作状态，不可避免地会在工作过程中产生较大的非线性失真，而且同一功放管的输出功率越大，电压和电流的幅度就越大，信号的非线性失真就越严重。 4)功率管的散热问题 功率放大器所消耗的功率大部分消耗在功放管的集电结上，这就使集电结和管壳温度升高。 2.功率放大电路的分析方法 由于功率放大电路工作在大信号状态，通常采用图解分析方法。,下一页,上一页,6.1 概述,3.主要技术指标 1)最大输出电压幅度Uomax和最大输出电流幅度Iomax 2)输出功率Po和最大不失真输出功率Pom 3)管耗Pv 4)效率,下一页,上一页,6.1 概述,4.功放管的保
3、护及散热问题 功率放大电路工作在大信号下，管子的工作电流和电压均为大信号，所以，必须要考虑功率放大管的保护问题，防止管子击穿或损坏。 功率放大器根据功放管导通时间的长短分为以下三种工作状态。 (1)甲类工作状态。如图6-1(a)所示。 (2)乙类工作状态。如图6-1(b)所示。 (3)甲乙类工作状态。如图6-1(c)所示。,上一页,返 回,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) 采用正、负两个直流电源供电的互补对称电路称为双电源电路。 1.乙类双电源互补对称功率放大电路 1)电路工作原理 低频功放采用乙类工作状态可以提高效率。 在理想情况下，该电路的正负电源和
4、电路结构完全对称，所以静态时输出端的电压为零，不必采用藕合电容来隔直，因此这个电路又叫做OCL(无输出电容)电路。由于输出端没有藕合电容，OCL电路具有较好的频率特性。,下一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) 2)由于功率放大电路是大信号工作，需要用图解法对图6-2(a)的互补对称功率放大电路进行分析。 如图6-3乙类推挽功放组合特性曲线所示。 (1)设输出电压幅度为氏Uom,当输入正弦信号时，有,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) (2)直流电源提供的功率P 两个电源提供的总功率为 当获得最大不失
5、真输出时，电源提供的最大功率PEM为 (3)效率,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) (4)管耗PV与功率三极管的选择。,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) (5)交越失真。 输出波形在输入信号零点附近的范围出现交越失真，如图6-4所示。 这样在输入信号正、负半周的交界处，无输出信号，使输出波形失真，这种失真叫交越失真。 为了克服交越失真，可以利用PN压降、电阻压降或其他元器件压降给两个三极管的发射结加上正向偏置电压，使两个三极管在没有信号输入时处于微导通的状态。由于此时电路的静态工作点
6、已经上移进入了放大区(为了降低损耗，一般将静态工作点设置在刚刚进入放大区的位置)，使功率放大电路的工作状态由乙类变成了甲乙类。,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) 2.甲乙类双电源互补对称功率放大电路 1)电路组成与工作原理 甲乙类双电源互补对称功率放大电路的原理电路如图6-5所示。 图6-6示出了加正偏电压后，对应负载电流(ic1-ic2)的波形。 利用二极管进行偏置的互补对称电路，其偏置电压不易调整，可采用UBE扩大电路来解决。在图6-7中，流入T4的基极电流远小于流过R1、R2的电流，则由图6-7可求出偏置电压UCE4的大小为,下一页
7、,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.1双电源互补对称电路(OCL电路) 2)主要技术指标的计算 为了提高功率放大电路的效率，在保证消除交越失真的同时，甲乙类电路的静态工作点位置仅比截止区稍高一点，集电极电流依然是一个相当小的数值，因此功率损耗只是略有增加，效率仍接近于原来的乙类互补对称电路，乙类功放的计算公式完全可以适用于甲乙类电路。,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.2单电源互补对称电路(OTL电路) 如果采用单电源供电，只需在两管发射极与负载之间接入一个大容量电容C2即可。这种电路通常又称无输出变压器的电路，简称OTL电路。 图6-8为甲乙类单电源互补对称功
8、率放大电路，T3组成前置放大级，T2和T1组成互补对称电路输出级。 可采用复合管互补对称电路，一般NPN管用两个同型管，PNP管则采用两个异型管复合，如图6-9所示，称为准互补对称功率放大电路。 桥式互补对称功率放大电路也叫BTL。 图6-10为桥式平衡功率放大器的原理电路。其电路结构类似于差动放大电路，由两个对称OTL电路(OCL电路也可)组成。,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.2单电源互补对称电路(OTL电路) BTL电路虽为单电源供电，却不需要输出藕合电容，输出端与负载可直接藕合，它具有OTL或OCL电路的所有优点。 但要注意:BTL电路的负载是不能接地的。 BTL
9、功率放大器可以用两组分立元件制作的OCL放大器组成。 但这种结构所需的元件较多，特别是需要4只大功率晶体管，因此一般很少用分立元件来制作。 集成功率放大器，只需简单的连线，就可方便的组成BTL放大器。 对于本身包含两个功率放大器的集成块来说，用一块就可直接连成BTL电路，装配和调试都非常简单。,下一页,上一页,6.2 互补对称功率放大电路,6.2.3实际功率放大电路举例 图6-11为一个甲乙类准互补对称OCL功率放大电路。由输入级、前置级、准互补对称输出级和其他辅助电路构成。 本电路的输出级由认U4、U5两个同型管复合成NPN型输出管U6、U7两个异型管复合成PNP管，组成准互补对称功率电路。
10、 为保证电路的性能，此电路中还有一些辅助电路，下面简单介绍其工作原理R4、R5和C2组成功率放大电路的交、直流负反馈支路，一端接于功率放大电路的输出端，另一端接于差动输入级U2管的基极。直流负反馈保证整个电路静态工作点的稳定，并使输出E点的直流零电位稳定。交流负反馈类型为电压串联负反馈，用来减小非线性失真和改善电路的其他性能。,上一页,返 回,6.3 集成功率放大器,6.3.1集成功率放大器概述 从电路结构来看，集成功放是由集成运放发展而来的，和集成运算放大器相似，包括前置级、驱动级和功率输出级，以及偏置电路、稳压、过流过压保护等附属电路。除此以外，基于功率放大器输出功率大的特点，在内部电路的
11、设计上还要满足一些特殊的要求。 集成功率放大器品种繁多，输出功率从几十毫瓦至几百瓦的都有，有些集成功放既可以双电源供电，又可以单电源供电，还可以接成BTL电路的形式。从用途上分，有通用型和专用型功放;从输出功率上分，有小功率功放和大功率功放等。 低频集成功放的种类很多，较常用的器件列于表6-1中。,下一页,6.3 集成功率放大器,6.3.2LM386集成功放应用简介 LM386是一种低电压通用型低频集成功放。该电路功耗低、允许的电源电压范围宽、通频带宽、外接元件少，广泛用于收录机、对讲机、电视伴音等系统中。 LM386内部电路如图6-12(a)所示，共有3级。 LM386的管脚排列如图6-12
12、(b)所示，为双列直插塑料封装。 LM386的典型应用电路如图6-13所示。 (1)5脚输出。R3、C3构成串联补偿网络，与呈感性的负载(扬声器)相并，最终使等效负载近似呈纯阻性，以防止高频自激和过压现象。 (2)7脚旁路。 (3)1、8脚设定电压增益。,上一页,返 回,小结,(1)功率放大器为给负载提供大的电压和电流，都工作在不失真的大信号状态，分析方法主要是图解分析法。 (2)根据功放管的工作状态，可以将功率放大器分为甲类、乙类和甲乙类三种。 (3)甲类单管功放电路简单，最大缺点是效率低；乙类功放采用双管推挽输出，效率高，缺点是产生交越失真。甲乙类功放克服了交越失真，并具有较高的效率。 (
13、4)根据互补对称功率放大器的电路形式，有单电源供电的OTL和双电源供电的OCL功放电路。 (5)集成功率放大器具有体积小、工作可靠、调试组装方便的优点。,返 回,图6-1 低频功率放大电路的二种工作状态,返 回,图6-2 采用正、负双电源的互补对称功率放大电路,返 回,图6-3 乙类推挽功放组合特性曲线,返 回,图6-4 乙类双电源互补对称功率放大电路的交越失真,返 回,图6-5 甲乙类双电源互补对称功率放大电路,返 回,图6-6 负载电流波形,返 回,图6-7 偏置可调的甲乙类双电源互补对称功率放大电路,返 回,图6-8 甲乙类单电源互补对称功率放大电路,返 回,图6-9 准互补对称功率放大电路,返 回,图6-10 桥式平衡功率放大器的原理电路,返 回,表6-1 常用的低频集成功放器件表,返 回,图6-12 LM386集成功率放大器,返 回,图6-13 LM386典型应用电路图,返 回,
