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1、第5章 功率放大器,5.1 功率放大电路的基本要求及分类,5.2 变压器耦合功率放大器,5.3互补对称功率放大器,5.4 集成功率放大器,5.1.1 功率放大器的基本要求,1.功率要大2.效率要高3.非线性失真要小4.功放管散热要好,5.1 功率放大电路的基本要求及分类,5.1.2 功率放大电路的分类,1.甲类2.乙类3.甲乙类,功放管在输入信号整个周期内都处于放大状态，输出信号无失真。,功放管仅在输入信号半个周期内导通。输出信号失真较大。,功放管的导通时间略大于半个周期。输出信号失真较小。,5.2.1 变压器耦合单管功率放大器,图5-1变压器耦合单管功率放大器,变压器可以耦合交流信号，同时还
2、具有阻抗变换作用。 该电路工作于甲类工作状态，静态电流比较大，因此集电极损耗较大，效率不高，大约只有35。一般用在功率不太大的场合。,5.2 变压器耦合功率放大器,对于理想变压器有,5.2.2 变压器耦合乙类推挽功率放大器,图5-2变压器耦合乙类推挽功率放大器,这种电路结构对称，两只同种类型功放管V1、V2轮流导通工作、互相补偿，故称为推挽电路。,缺点是：变压器体积大，笨重，损耗大，频率特性差，且不便于集成化。,5.3.1 单电源互补对称功率放大器（OTL）,图5-3a）单电源互补对称功率放大器（OTL）,当输入信号处于正半周时， V1导通，电容CL被充电，有电流iL通过负载RL，方向如图5-
3、3a所示。,当输入信号处于负半周时， V2导通，这时由电容CL代替电源供电， iL方向与图中箭头方向相反。,两个三极管轮流导通，各导通半个周期，负载RL上得到一个完整的电压波形，如图5-3b所示。,图5-3b）波形图,5.3互补对称功率放大器,5.3.1 单电源互补对称功率放大器（OTL）,图5-3c）交越失真,当输入信号很小，达不到三极管的开启电压时，三极管不导通。因此在正、负半周交替过零处会出现非线性失真，称为交越失真，如图5-3c所示。,为消除交越失真，可给功放三极管稍稍加一点偏置，使之工作在甲乙类。此时的互补功率放大电路如图5-4所示，在功放管V2、V3基极B2、B3之间加两个正向串联
4、二极管V4、V5，便可以得到适当的正向偏压，从而使V2、V3在静态时能处于微导通状态。,图5-4 消除交越失真的单电源互补功率放大电路,5.3.2 双电源互补对称功率放大器（OCL）,图5-5a）双电源互补对称功率放大器（OCL）,由+VCC和VEE双电源供电。V1为NPN管，V2为PNP管，要求V1和V2管的特性对称。,两管的基极连在一起，作为信号输入端；发射极也连在一起，作为信号的输出端，直接与负载RL相连。两管都接成射极输出器的形式，具有uo=ui，输入电阻高，输出电阻低的特点。,5.3.2 双电源互补对称功率放大器（OCL）,1.静态分析2.动态分析,静态（ui=0）时，两管静态电流为
5、零，由于两管特性对称，所以输出端的静态电压也为零。,当输入信号ui为正半周时， V1 导通，V2截止，各极电流iB1、iC1、iE1如图5-5a中实线所示。当输入信号ui为负半周时，V1 截止，V2导通，各极电流iB2、iC2、iE2如图5-5a中虚线所示。由此可见，在输入信号ui的一个周期内，V1、V2两管互补导通，正、负电源交替供电，由于V1、V2接成射极输出器形式，负载RL获得完整的正弦信号电压uo，而且uo跟随ui输出，如图5-5c所示。,图5-5b）输入信号波形,图5-5c）输出信号波形,5.3.2 双电源互补对称功率放大器（OCL）,3.消除交越失真的方法4.功放管的选择,该电路同
6、样存在交越失真，为了消除交越失真，可通过加入二极管、三极管来提供适当的直流偏压使其工作在甲乙类状态 。,（1）功放管集电极的最大允许功耗PCM0.2POM； （2）功放管的最大耐压U(BR)CEO2VCC；,（3）功放管的最大集电极电流 。,5.3.3 功放管的散热和安全使用,1.功放管的二次击穿2.功放管的散热,一次击穿是可逆的，二次击穿将使功放管的性能变差或损坏，如图5-7a所示。功放管考虑到二次击穿后的安全工作区如图5-7b所示。,图5-7a) 二次击穿现象,图5-7b) 考虑二次击穿后的SOA,散热条件越好，对于相同结温下所允许的管耗就越大，使功放电路有较大功率输出而不损坏管子。,常用
7、散热器的形状如图5-8所示。,图5-8 散热器的几种形状,5.4.1 集成功率放大器的主要性能指标,集成功放具有输出功率大、外围元件少、使用方便等优点，广泛应用于收录机、电视机、开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。,5.4 集成功率放大器,集成功率放大器的主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽度、输入阻抗、总谐波失真等。,5.4.2 用LM386组成的OTL电路,1.LM386的外形、管脚排列,LM386是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中，图示为8脚双列直插式塑料封装。,5.4.2 用LM3
8、86组成的OTL电路,2.LM386应用电路,图5-10 LM386应用电路,用LM386组成的OTL功放电路如图5-10所示，信号从3脚同相输入端输入，从5脚经耦合电容(220F)输出。,图中，7脚所接20F的电容为去耦滤波电容。1脚与8脚所接电容、电阻用于调节电路的闭环电压增益，电容取值为10F，电阻RP2在020k范围内取值。输出端5脚所接10电阻和0.1F电容组成阻抗校正网络，抵消负载中的感抗分量，防止电路自激振荡，并改善高频时的负载特性，有时也可省去不用。,5.4.3 用TDA2030组成的OCL电路,1.TDA2030的引脚排列2.TDA2030检测方法,图5-11 TDA2030
9、引脚排列,TDA2030引脚排列如图5-11所示。它只有5只引脚，外接元件少，接线简单。它的电气性能稳定、可靠，适合长时间连续工作，且芯片内部具有过载保护和热切断保护电路，价格便宜。该芯片广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备等。,（1）电阻法,（2）电压法,5.4.3 用TDA2030组成的OCL电路,3.TDA2030应用电路,TDA2030接成OCL（双电源）典型应用电路如图5-12所示。,图5-12 TDA2030应用电路,图中R3、R2、C2使TDA2030接成交流电压串联负反馈电路。,C5、C6为电源低频去耦电容，C3、C4为电源高频去耦电容。R4与C7组成阻容吸收网络，用以
10、避免电感性负载产生过电压击穿芯片内功率管。为防止输出电压过大，可在输出端脚与正、负电源接一反偏二极管组成输出电压限幅电路。,5.4.4 用LH0101组成的BTL电路,BTL(Bridge Transformerless)功放电路又称作桥式平衡功放电路。实质上它是由两组特性对称的OTL或OCL电路组成，在相同的电源电压和负载的条件下，BTL电路的输出电压比OTL、OCL电路可增大一倍，输出功率可增大四倍。用集成功率运放LH0101组成的BTL电路见图5-13所示。,图5-13 用LH0101组成的BTL电路,本章小结,1.功率放大器的主要任务是在允许的失真范围内，向负载提供足够大的交流功率。因此功放管常工作于极限应用状态。为了保证功放管安全、可靠和高效地工作，必须尽量减小功放管的管耗，并考虑功放管的散热问题。 2.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。 3.为了减少输出变压器和输出电容给功放带来的不便和失真，出现了单电源供电的OTL和双电源供电的OCL功放电路。 4.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。 5.为保证功率放大电路的安全工作，必须合理选择器件，增强功率管的散热效果，防止二次击穿并根据需要选择好保护电路。,
