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1、项目项目3 3 功率放大器的设计与制作功率放大器的设计与制作 模块模块3.1 3.1 功率放大器的测试功率放大器的测试 一般电子设备的示意方框图 功率放大级 前置放大级 (多级) 放大部分 扬声器 电动机 继电器 负载 信号源 功率放大级 读一读功率放大器的特点及类型 读一读功率放大器的特点及类型 前面项目中介绍的放大器均具有功率放大的作用，但他们 属于小信号放大，输出功率很低，主要要求对输出电压或电流 幅度进行足够的放大，所以称为电压放大器或电流放大器。 能输出较大功率的放大器称为功率放大器。功率放大器属 于大信号电路，既有较大的输出电压，也有较大的输出电流， 其负载阻抗一般相对较小。 一般
2、直接驱动负载，带载能力要强。 一、功率放大器的特点 1、要求输出功率(Output power)尽可能大 Po =UI 功率放大器的主要要求之一就是输出功率要大。因此管子往 往在接近极限运用状态下工作。 2、效率(Efficieny)要高(省电) 功率放大器的效率是指负载上得到的交 流信号功率PO与电源供给的直流功率PV之 比 PU=PO+PVT（管耗） 3、非线性失真（non-linear distortion) THD要小 功率放大器是在大信号状态下工作:电压、 电流的幅度 都很大，极易超出管子线性动态范围而进入非线性区， 造 成输出波形的非线性失真。截止失真 、饱和失真 4、BJT的散热
3、问题(保证管子工作安全) 由于功率放大器的电压、 电流使得功率管自身功耗加大 ，导致发热量也加大。所以散热问题必须引起重视。 按电路形式可分为: OTL功率放大电路（无输出变压器电路） OCL功率放大电路（无输出电容电路） BTL功率放大电路（平衡式无输出变压器电路） 采用一组电源供电，末级输出端对地直流电位约为0.5Ucc，故 末级输出与负载之间必须有一个大电容（隔直耦合)，会使频率特性 变差。 采用正负电源供电，末级输出端可直接连接负载，频率响应宽， 保真度高。 由两组OTL或OCL组成，负载接在两组功放的输出端之间，输 出功率可达到OTL或OCL电路的23倍，保真度好。 二、功率放大器的
4、类型 按电路器件可分为: 分立元件功率放大电路 集成和厚膜功率放大电路 分立元件与集成电路混合放大电路 电路由分立元件构成，所用元件较多，电路设计严格，对称性 强，对元件要求严格 以集成和厚膜(指在基片上用印刷烧结技术所形成的厚度为几微米到 数十微米的膜层)电路为核心，配以较少外围元件。成本低、安装调试方 便、整机易商品化、保真高、音质好 按末级功率管的静态工作点可分为: 甲（A）类功率放大电路 乙（B）类功率放大电路 甲乙（AB）类功率放大电路 丙（C）类功率放大电路 数码（D）功率放大电路 静态电流足够大，输入信号在整个周期内都有集电极电流ic通过， 效率低，耗电大，失真小 静态电流为零。
5、效率高。有两只管子交替导电与截止。具有交越 失真和开关失真 有一定的静态电流，兼有甲、乙类优点。能克服交越失真，但无 法克服开关失真 读一读提高功率放大器效率的途径 F 降低静态功耗，即减小静态电流 三种工作状态 乙类：导通角等于180 甲类：一个周期内均导通 甲乙类：导通角大于180 丙类：导通角小于180 读一读提高功率放大器效率的途径 做一做 项目：BJT基本放大电路效率的仿真测试 项目编号：MNF6-1 任务要求：按测试程序要求完成所有测试内容，并撰写测试报 告（格式要求见附录A）。 测试设备与软件：计算机1台， 测试电路：如图所示。采用射极 输出器作为测量电路，可以测量 BJT在极限
6、运用情况（接近于饱 和区和截止区）下的效率，而同 时保持输出信号基本不失真。 Multisim2001或其他同类软件1套。 按图画仿真电路。 在输入为0时，观察示波器上的直流输出电压 ；调整基极偏置电阻，使BJT的UCE =10V（VCC的一 半）。 做一做BJT基本放大电路效率的仿真测试 测试程序： 在输入为0时，观察功率计上 直流电源提供的总功率（不计基极偏 置电路的损耗功率，下同）PV，并记 录：PV =_mW。 观察示波器上的输出电压幅度 ，此时应有Uom =0，因此 观察示波器上的输出电压幅度，此时应有Uom =0，因此 做一做BJT基本放大电路效率的仿真测试 测试程序： 改变输入电
7、压，使其幅值分别为0, 1V, 5V, 10V，并将相应的测量结果填入下表 Uim/V01510 Uom/V PV 做一做BJT基本放大电路效率的仿真测试 测试程序： 结论：对于射极输出器来说，随着输入电压Uim或输出功率Po 的增大，直流电源提供的总功率PV _（同步增大/基本不变/同 步减小）；而效率 则_（同步增大 /基本不变/同步减小）。 做一做 项目：基本互补对称电路的仿真测试 项目编号：MNF6-2 任务要求：按测试程序要求完成所有测试 测试设备与软件：计算机1台， Multisim2001或其他同类软件1套。 测试电路：如图所示。 内容，并撰写测试报告（格式要求见附录A）。 按图
8、画仿真电路。 使ui=0，测量两管集电极静态工作电流， 并记录： IC1= ，IC2= 。 结论：互补对称电路的静态功耗 _（基本为0/仍较大） 。 做一做基本互补对称电路的仿真测试 测试程序： 保持步骤，改变ui，使其fi =1kHz ，Uim =10.5V，用示波器（DC输入端）同 时观察ui, uo的波形，并记录波形。 结论：互补对称电路的输出波形 _（基本不失真/严重 失真） 做一做基本互补对称电路的仿真测试 测试程序： 保持步骤，不接VT2，用示波器 （DC输入端）同时观察ui, uo的波形，并 记录波形。 结论：晶体管VT1基本工作在_（甲 类状态/乙类状态）。 做一做基本互补对称
9、电路的仿真测试 测试程序： 保持步骤，不接VT1，接入VT2，用示 波器（DC输入端）同时观察ui, uo波形，并记录 波形。 结论：晶体管VT2基本工作在 _（甲类状态/乙类状态 ） 保持步骤，再接入VT1，用示波器 测量uo幅度Uom，计算输出功率Po并记录： 做一做基本互补对称电路的仿真测试 测试程序： 保持步骤，用万用表测量电源提 供的平均直流电流I0值，计算电源提供功率 PV、管耗PVT和效率 ，并记录： I0=_，PV=2VCCI0=_。 PVT=PVPo=_， 结果表明，互补对称电路相对于甲类放大电路， 其效率_（较高/较低）。 1. 电路组成 由一对NPN、PNP特性相同的 互
10、补三极管组成，采用正、负双 电源供电。这种电路也称为OCL 互补功率放大电路。 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使负载得到 一个完整的波形。 2. 工作原理 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 （1）最大不失真输出功率Pomax 实际输出功率Po 3. 分析计算 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 使 单个管子在半个周期内的管耗 选管依据之一 3. 分析计算 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 （2）管耗PT 当 3. 分析计算 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 （3）电源供给的功率PV 当 3. 分析计算 读一读乙类双电源互补对称功率放
11、大电路 （4）效率 （6）功率BJT的选择 BJT的最大允许管耗PCM必须大于实际工作时的PVT1m 选用击穿电压的BJT BJT: 3. 分析计算 读一读乙类双电源互补对称功率放大电路 （5）最大管耗和最大输出功率的关系 做一做 项目：基本互补对称电路最大管耗的仿真测试 项目编号：MNF6-3 任务要求：按测试程序要求完成所有 测试设备与软件：计算机1台， Multisim2001或其他同类软件1套。 测试电路：如图所示。 测试内容，并撰写测试报告（格式要求 见附录A）。 按图画仿真电路。 输入端接入ui（fi =1kHz），其 幅值如下表所列，用功率计测量三极管 VT2的管耗PVT2（或P
12、VT1），并记录于下 表中。 Uim/V246810 PVT2/mW 结果表明，互补对称电路的三极管管耗 _（是/不是）发生在输出最大时， _（是/也不是）发生在输出最小时。 做一做基本互补对称电路最大管耗的仿真测试 测试程序： 输入端接入ui（fi =1kHz ，Uim =3V） ，用示波器（DC输入端）同时观察ui 、uo 的波形，并记录波形。 结果表明，基本（乙类）互补对称 电路的输出波形在过零点处_ （无失真/有明显失真）。 做一做基本互补对称电路最大管耗的仿真测试 测试程序： 做一做 项目：基本（乙类）互补对称电路失真的 仿真测试 项目编号：MNF6-4 任务要求：按测试程序要求完成
13、所有测试 内容，并撰写测试报告（格式要求见 附录A）。 测试设备与软件：计算机1台 ，Multisim2001或其他同类软 件1套。 测试电路：如图所示。 按图画仿真电路。 输入端接入ui（fi =1kHz ，Uim =0V），用示波器（DC输入端）测量 N点直流电压值，并使UN =10V。 保持步骤，输入端接入ui（ fi =1kHz） ，并使Uim分别为1V、 2V和3V，用示波器同时观察ui， uo的波形，并记录波形。 做一做甲乙类单电源互补对称电路失真的仿真测试 测试程序： 结果表明，甲乙类单电源互补对 称电路_（可以/不可 以）实现正常放大，但其不失真输 出动态范围与甲乙类双电源互补
14、对 称电路相比_（要小/ 基本接近/要大）。 做一做甲乙类单电源互补对称电路失真的仿真测试 测试程序： 1.乙类互补对称电路存在的问题 实际测试波形 读一读甲乙类互补对称功率放大电路 静态偏置 可克服交越失真 动态工作情况 二极管等效为恒压模型 理想二极管 设T3已有合适 的静态工作点 2.甲乙类双电源互补对称电路 读一读甲乙类互补对称功率放大电路 UBE可认为是定值 R1、R2不变时，UCE也是定 值，可看作是一个直流电源 2.甲乙类双电源互补对称电路 读一读甲乙类互补对称功率放大电路 静态偏置 动态工作情况此电路存在的问题 ： 调整R1、R2阻值的大小，可使 此时电容上电压 N点电位受到限制 2.甲乙类双电源互补对称电路 读一读甲乙类互补对称功率放大电路 1W的小功率放大器 10W以上的中功率放大器 25W的厚膜集成功率放大器 输出功率发展变革 读一读集成功率放大电路放大器 单声道的单路输出集成功率放大器 双声道立体声的二重双路输出集成功率放大器 电路结构发展变革 读一读集成功率放大电路放大器 一般的OTL功率放大器集成电路 具有过压保护电路、过热保护电路、负载短路保护 电路、电源浪涌过冲电压保护电路、静噪声抑制电 路、电子滤波电路等功能更强的集成功率放大器 电路功能发展变革 读一读集成功率放大电路放大器 典型集成功率放大器应用 读一读集成功率放大电路放大器
