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1、 第八章 功率放大电路 8.1 功率放大电路的一般问题 8.2 甲类互补功放 8.3 乙类双电源互补功率放大器 8.4 甲乙类双电源互补功率放大器 8.5 集成功率放大器 第八章 功率放大电路 例1： 扩音系统 执行机构 功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱 动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表 指针偏转等。 功 率 放 大 电 压 放 大 信 号 提 取 8.1 功率放大电路的一般问题 例2：温度控制 R1-R3:标准电阻 Va : 基准电压 Rt :热敏电阻 A：电压放大器 Rt T VOT 温度调节 过程 VbVO1 A R1 a R2 vo Vsc R3 Rt 功
2、放 b 温控室 vo1 加热元件 + - + 1功率放大电路的定义 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。 2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 (3).指标不同 (4).研究方法不同 电压放大电路
3、：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。 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。 电压放大电路：图解法、等效电路法 功率放大电路：图解法 (1)输出功率Po尽可能大 (2)效率要高 Po大，电路的能量损耗也大 (3)非线性失真要小 大信号工作状态，与Po、 是一对矛盾 (4)功放管散热和保护问题 3.功率放大电路的特殊问题 要求Vo和Io都足够大 根据静态偏置或输出功放管导通角的不同， 功放电路可分
4、为四种: 4.功率放大电路的分类 甲类 乙类 甲乙类 丙类 类别 工作点 波 形 导通角 特点 甲类 甲乙 类 乙类 较高 较低 最低 360 180 180 360 无失真 效率低 失真大 效率最高 失真大 效率较高 功放电路分类比较表 T1 +Vcc OCL (无输出电容) 双管：NPN、PNP特性相同且互补 双共集电路 双电源供电 8.3 乙类双电源互补对称功率放大电路 又称OCL互补功放 8.3.1 电路组成 T1 +Vcc -Vcc T2 RL vo + - Vi + - vi正半周时 结论： 两个三极管，轮流导电 （正、负半周）互补不足 忽略三极管的开启电压: T1导电iC1通过R
5、L vi负半周时T2导电 iC2通过RL 合成完整、不失真波形 互补推挽 T1 +Vcc -Vcc T2 RL vo + - Vi + - O t iC1 O t iC2 O t iL iC1 iC2 工作原理 负载上的最大不失真电压为Vom=VCC -VCES vo=-vce 8.3.2 分析计算 Vi T1 Vo +Vcc RL + - + - T1 Vo Vce RL + - + - + - iE1 T2 T1 Vi -Vcc Vo +Vcc RL + - + - iE2 T1 Vi Vo +Vcc RL + - + - 1输出功率Po 最大不失真功率为： 理想最大输出功率为： 以正半周
6、为例 功率 三角形 Vom: 峰值 iE1 T2 T1 Vi -Vcc Vo +Vcc RL + - + - iE2 2三极管的管耗PT Vi T1 Vo +Vcc RL + - + - 3直流电源供给功率PV iE1 T2 T1 Vi -Vcc Vo +Vcc RL + - + - iE2 当Vom = VCC 时，max=/4 =78.5。 4效率 问：Vom=？ PT1最大, PT1max=？ 用PT1对Vom求导得出： 8.3.3 功率BJT的选择 1最大管耗和最大输出功率的关系 将Vom=0.64VCC代入PT1表达式得: PT1max发生在Vom=2VCC/=0. 64VCC处 2
7、. 功率BJT的选择 (1)最大允许管耗PCM (2)|V(BR)CEO| (3)最大集电极电流ICM 0.2POM 2VCC iE1 T2 T1 Vi -Vcc Vo +Vcc RL + - + - iE2 散热与最大功耗PCM的关系 电源供给的功率，一部分转换为负载的有用功率， 另一部分则消耗在功率管的集电结，变为热能而使 管芯的结温上升。如果晶体管管芯的温度超过管芯 材料的最大允许结温TjM(锗管TjM约为75100,硅 管TjM约为150200)，则晶体管将永久损坏。这 个界限称为晶体管的最大允许功耗PCM。 描述热传导阻力大小的物理量称为热阻RT 。 RT的量纲为/W，它表示每消耗1
8、W功率结温上升的度数。 为减小散热阻力，改善散热条件，通常采用加散热器的方法。 图 (a)给出一种铝型材散热器的示意图。加散热器后，热传导 阻力等效通路如图 (b)所示。图中： RTj内热阻，表示管芯到管壳的热阻； RTfo管壳到空间的热交换阻力； RTc管壳到散热器之间的接触热阻，与管壳 和散热器之间的接触状况有关； RTf散热器到空间的热交换阻力，与散热器 的形状、材料以及面积有关。 散热器和热传导阻力等效通路 (a)铝型材散热器示意图； (b)热传导阻力等效通路(热阻计算) 由图可见，不加散热器时，总热阻RTo为 由于管壳散热面积很小，RTfo是很大的。 加散热器后，由于(RTc+RTf
9、)RTfo，所以， 总热阻RT为 显然，RTRTo。 功率管的最大允许功耗PCM与总热阻RT、最 高允许结温TjM和环境温度To有关，其关系式为 二次击穿现象与安全工作区 功率管在实际应用中，常发现功耗并未超额，管子也 不发烫，但却突然失效。这种损坏不少是由于“二次击穿”所致 。 二次击穿现象可由图 (a)来说明。当集电极电压vCE增大时， 首先可能出现一次击穿(图中AB段)。这种击穿是正常的雪崩击穿 。二次击穿的起点与iB大小有关。通常将其起、始点连线称为二 次击穿临界线，如图 (b)所示。 功率管的二次击穿现象 (a)二次击穿现象；(b)二次击穿临界线 为保证功率管安全可靠地工作，除 保证
10、电流小于ICM、功耗小于PCM、工作反压小于一次击 穿电压V(BR)CEO外，还应避免进入二次击穿区。所以， 功率管的安全工作区如图所示。 双极型功率管的安全工作区 乙类放大的输入输出波形关系: Vi -Vcc T1 T2 uo +Vcc RL iL 失真 死区电压 vi vo vo vo t t t t 输入信号 vi在过零前后，输出信 号出现的失真。 vi很小时,在正、负半周交替过 零处会出现非线性失真，这 个失真称为交越失真。 乙类双电源互补对称功率放大电路存在的问题 8.4 甲乙类互补对称功率放大电路 iE1 T2 T1 Vi -Vcc Vo +Vcc RL + - + - iE2 为
11、解决交越失真，可给三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。 (a)利用二极管提供偏置电压 参数计算：与乙类功放同 8.4.1 甲乙类双电源互补对称电路 T1 +Vcc Vi + - -Vcc T2 RL vo + - (b)利用三极管恒压源提供偏置 VCE4=VBE4(R1+R2)/R2 vi +VCC RL T2 T3 T1 T4 -VEE R2 R1 Rc1 vo + - OTL（无输出变压器) 单电源 电容器Co选择： 静态:Vk=VCC /2 LL 2 1 fR C (5-10) 8.4.2 甲乙类单电源互补对称电路 Vo 1/2Vcc T2 T1 +Vcc RL + - + - iE
12、2 K Vi 动态分析 设输入端在 0.5VCC 直流电平基础上加入正弦信号。 若输出电容足够大， VC基本 保持在0.5VCC ，负载上得到的 交流信号正负半周对称，但存 在交越失真。 ic1 ic2 交越失真 RL vi T1 T2 +VCC C A VL +- 0.5VCC vi t 时，T1导通、T2截止； 时， T1截止、 T2导通。 输出功率及效率 若忽略交越失真的影响，且 vi 幅度足够大。则： vLVLmax vi t t 参数计算：OCL公式中以VCC/2取代VCC 理想最大输出功率为： 实用OTL互补输出功放电路 调节R,使静态 VAQ=0.5VCC D1 、 D2使b1和
13、b2之间的 电位差等于2个二极管正 向压降，克服交越失真。 Re1 、 Re2：电阻值12 ，射极负反馈电阻，也 起限流保护作用。 D1 D2 vi +VCC RL T1 T2 T3 C R B Re1 Re2 b1 b2 A 当输出功率较大时往往采用复合管 复合管有四种形式： 达林顿管： 由NPN、PNP复合而成。 复合管极性=前面管极性 采用复合管的互补功放 改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T2、R1、R2： VBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补 输出级中的T4、T6均为NPN 型晶体管，两者特性容易对称 。 +Vcc -Vcc R1
14、R2 RL vi T1 T2 T3 T4 T5 T6 广泛用于音响、电视和小电机的驱动方面。 大多数集成功率放大器=运算放大器+互补功率输 出。 使用方法原则上与集成运放相同，注意极 限参数（功耗、最大允许电源电压等） 一般加有足够大的散热器 8.5集成功率放大器 特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适 当连线，即可向负载提供一定的功率。 集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V 集成功放 LM384管脚说明: 14 - 电源端（ Vcc） 3、4、5、7 - 接地端（ GND） 10、11、12 - 接
15、地端（GND） 2、6 - 输入端（一般2脚接地） 8 -输出端(经500 电容接负载) ) 1 2 3 4 5 6 78 9 10 11 12 13 14 1 - 接旁路电容(5) 9、13 - 空脚（NC） 集成功放 LM384 外部电路典型接法： 500 0.1 2.7 - + 8 14 6 2 1 5 Vcc vi 8 调节音量 电源滤波电容 外接旁路电容低通滤波,去除高频噪声 输入信号 输出耦合大电容 负载上获得的信号电压要增加一倍。 BTL放大电路输出功率较大，负载可以不接地。 BTL互补功放 BTL原理电路 +VCC RL Vo Vi i2 i1 V1V2 V3V4 双通道功放 用于立体声音响设备，一般有专门 的集成功放产品。 它有一个左声道功放和一个右声道 功放，两功放技术指标相同。需要在专门 的立体声音源下才能显现出立体声效果。 有的高级音响设备一个声道分成二 、三个频段放大，有相应的低频段、中频 段
