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1、情境四 功率放大器的设计课时12任务内容1、熟悉功率放大电路的任务、特点、性能指标、2、掌握OCL、OTL电路的组成和工作原理3、熟悉集成功率放大电路的使用方法能力培养专业能力了解功率放大电路的任务、特点、性能指标、乙类互补对称功率放大电路的交越失真、功放管选用原则和各种功率器件及散热问题；掌握OCL、OTL电路的组成和工作原理；熟悉集成功率放大电路的使用方法。社会能力获取团结协作的能力，获取不怕累的精神，培养持续劳动的毅力。方法能力进一步掌握硬件调试的方法，学习电路板焊接的方法和技巧。教学方法任务驱动法、分组讨论法、引导文法教学媒体课件演示、事物、现场观摩教学教学场所一体化教室教学过程教学方
2、法教学内容学生活动教学目的课前组织1、清点学生人数2、检查电源制作所需要的器件。3、准备好多媒体设备、课件、展示的实物准备好。4、其他教学用品等。明确任务操作演示1、 提出学习任务：设计直流稳压电源。2、 任务要求：（1）熟悉功率放大电路的特性（2）掌握集成功率放大器的应用特性（3）了解功率放大电路的基本组成及其参数（4）熟悉功率放大电路的设计及硬件的调试3、实习要求： （1）遵守一体化教室规章制度（2）分组观摩实践观察思考记录1让学生明确学习目的。2激发学生兴趣。资讯相关知识：1.2.1功率放大电路概述一、对功率放大器的要求功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故对功率放大器应具有
3、以下四方面的要求：1.输出功率要大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。 （4-1） 2.效率要高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. （4-2） 3.失真要小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。4.散热要好在功率放大电路中，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。二、放大电路的三种工
4、作状态放大电路根据静态工作点在交流负载线上的位置可进行下列分类：1.甲类如图4.5（a）所示，静态工作点Q大致在交流负载线的中点附近，这种情况称为放大电路的甲类工作状态。该电路静态ICQ较大，因此管耗大，效率低，最高效率仅为50%，故此类不适于功率放大，但适用于电压放大。2.甲乙类如图4.5（b）所示，静态工作点Q/靠近截止区，三极管Q/点处于微导通状态，这种情况称为甲乙类工作状态，甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号周期内，管子导通时间大于半周而小于全周；输出波形产生半周失真，但是ICQ较小，管耗较小，使效率提高，不失真的半周波形输出幅值最大。3.乙类如图4.5（c）所示，静态工作点Q/进入
5、截止区，三极管静态处于截止状态，这种情况称为乙类工作状态。乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通，有电流通过，输出波形半周产生截止失真，但另半周的波形输出幅值最大，因此ICQ0，管耗接近于0，所以效率高。可以用两个互补对称电路分别完成两个半周的放大。ic /mAuce/v0uoQQ/ic /mAuce/V0uce/Vic /mA /mA0Q/ 图4.5 放大电路的三种工作状态三、提高效率的主要途径 效率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（PV）的比值。 （4-3）而 （4-4）要提高效率，就应消耗在晶体管上的功率PT ,将电源供给的
6、功率大部分转化为有用的信号输出功率。1.2.2 乙类双电源互补对称功率放大电路一、电路组成 乙类互补对称功率放大电路如图4.6所示。它由一对特性相同的NPN、PNP互补三极管组成，采用正、负两组电源供电，当电路对称时，输出端的静态电位等于零，这种电路也称为无输出电容电路，简称OCL（Output Capacitor Less）。图4.6 乙类互补对称功率放大电路二、工作原理uiuouo/uo交越失真死区电压 图4.7 OCL功放输入、输出波形（1）静态分析静态时，VT1和VT2均截止，则Ib1Q=0 ,Ib2Q=0，所以Ic1Q0, Ic2Q0只有很小的穿透电流，通过RL的静态电流为零，电位=
7、0电路工作在乙类状态。（2）动态分析当输入信号处于正半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时NPN型三极管VT1导通，PNP型三极管VT2截止，有电流i1由上到下通过负载RL，u0ui。当输入信号处于负半周时，且幅度远大于三极管的开启电压，此时PNP型三极管VT2导通，NPN型三极管VT1截止，有电流i2由下到上通过负载RL，u0ui。输出波形如图4.7所示。当输入信号很小时，达不到三极管的开启电压，三极管不导电。因此在正、负半周交替过零处会出现一些非线性失真，这个失真称为交越失真。如图4.7所示。三、参数计算1.输出功率Po输出功率是指输出电压有效值uo和输出电流有效值io的乘积,表示为（
8、4-5）式中，,、分别为输出电压和电流的最大值。若输入正弦波信号的幅值足够大，使三极管刚达到饱和，忽略管子的饱和压降，则上最大的输出电压幅值为 =- （4-6）最大输出功率为 （4-7）2.直流电源供给的功率由于两个直流电源提供的电流各为半个周期。则两个直流电源提供的总功率为=+ (4-8)式中，分别为一个周期内，流经两个管子的平均电流值，如图4.8所示，用数学方法求平均值。图4.8 计算电流平均值若=,则= = (4-9)=2=2= (4-10)输出最大功率时，直流电源供给的功率为= (其中) (4-11)3.效率一般情况下效率用式（4-5）与式（4-10）相比求出= (4-12)当输出功率
9、为最大时的效率为 （4-13）由式（4-13）得乙类互补对称功率放大电路比甲类状态得到的效率要高，可达78.5%，但考虑各方面因素的影响，实际中的效率仅达60%左右。4.管耗三极管VT1和VT2上消耗的功率为管耗，用表示。因为两只管子总的耗散功率为+=- (4-14)每只管子的最大管耗为：= （4-17）最大管耗与最大输出功率的关系，因为=0.2 (4-18) 所以=0.2 (4-19) 依据上述公式，可以选择功放管。选择功率三极管的原则为三极管集电极最大耗散功率0.2三极管基极开路击穿电压2三极管集电极最大电流。1.2.3甲乙类互补对称功率放大电路静态时调节R1可以改变静态工作点，注意基极电
10、流不能过大。用二极管VD1和VD2分别给互补管VT1和VT2发射结加很小的正向偏压。动态时ui先经前置放大的推动管VT3，将输入电压幅值放大，可进一步提高功率。二极管VD1和VD2对交流而言，动态电阻很小，可近似视为短路。其余分析同乙类功放电路。图4.9甲乙类互补对称功率放大电路以上电路中两个互补管应为特性及参数相同的异型对管。小功率时，异型管配对好选择，但输出功率较大时，难以制成特性相同的异型管，在实际中常采用复合管。1.2.4复合管准互补功率放大电路一、复合管 (a) (b) (c) (d)图4.10 复合管接法把两个三极管按一定方式连接起来作为一个三极管用，称为复合管。常用的复合管形式如
11、图4.10所示。连接的原则是一个管子的输出电流方向应满足另一个管子输入基极电流方向的要求，复合管的类型由第一个管子的类型所决定。如图4.10（a）所示。显然复合管的电流放大系数，其值特别大。因此由它构成的电路输出功率大为提高。但其穿透电流大。故常并接泄放电阻R，让其产生分流作用。如图4.11所示。图4.11接有泄放电阻的复合管二、复合管准互补对称功率放大电路如图4.12所示电路，这种电路称为准互补功率放大电路。图4.12准互补对称功率放大电路1.2.5甲乙类单电源互补对称放大电路 一、电路组成甲乙类单电源互补对称放大电路如图4.13所示。该电路只用一个电源，结构简单方便，由于直流时输出端VA电
12、位不为零，故加一个大输出电容隔断直流对负载的影响。它称为OTL（Output Transformer Less）电路（无输出变压器）。静态时合理选择、的值，就可以使,电容上电压。二、工作原理输入信号在负半周时，导通，有电流流过负载，充电，由于值很大，则可看成基本不变，为。在正半周时，导通，已充电的电容此时承担电源()的作用，即要对、放电；同理由于值很大，上的电压为基本不变，波形如图4.14所示。其余工作原理与OCL基本相同。图4.13 OTL电路图T000ttt 图4.14输入、输出波形1.2.6集成功率放大器一、LM386集成功放器及应用1.概述LM386的内部电路原理图如图4.15所示，其
13、额定工作电压为416V，当电源电压为6V时，静态工作电流为4mA，很适用干电池供电。最大允许功耗为660mw（25），使用时不需要散热片。工用电压为4V，负载直流电阻为4时，输出功率（失真为10%）约300Mw；工作电压为6V，负载直流电阻为4、8、16时，输出功率分别为340mW、325mW、180mW。图4.15LM386内部电路原理图LM386内部电路由三级放大电路组成，第一级采用差分放大电路（双输入单输出），第二级采用共射放大电路（恒流源作有源负载），第三级采用OTL功放电路，所以输出端应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到VT2的发射极形成反馈通道，并与R5和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。则反馈系数F为 (4-20)而电压放大倍数A U为 (4-21)则当引脚1和8之间开路时，电压放大倍数最小为20当引脚1和8之间外接电
