7.3功率放大电路功率放大电路 功率放大电路在多级放大电路中处于最后一级，又称输出级其主要作用是输出足够大的功率去驱动负载，如扬声器、伺服电机、指示表头、记录器等功率放大电路要求：输出电压和输出电流的幅度都比较大；效率高因而，三极管工作在大电压、大电流状态，管子的损耗功率大，发热严重，必须选用大功率三极管，且要加装符合规定要求的散热装置由于三极管处于大信号运用状态，不能采用微变等效电路分析法，一般采用图解分析法 1. OCL互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 OCL互补对称功率放大电路全称为无输出电容的互补对称功率放大电路全称为无输出电容的互补对称功率放大电路，简称为互补对称功率放大电路，简称为OCL电路，电路如图电路，电路如图7.36所示 图图7.36 OCL功率放大电路功率放大电路 7.3.1互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 (1) 静态分析 当ui=0时，因电路上下对称，静态发射极电位UE=0，负载电阻RL中无电流通过，u o=0。
因三极管处 于 微 导 通 状 态 ， 所 以 两 管 的 IB≈0、 IC≈0、∣UCE∣=∣UCC∣，基本无静态功耗 (2) 动态分析 为便于分析，将图7.36简化为图7.37(a) 所示的原理电路，且暂不考虑管子的饱和管压降UCES和b、e极间导通电压UBE (a) 电路原理电路图 （b〕输入波形 （c〕输出波形 图7.37 简化OCL功率放大电路 在ui正半周，V2导通、V3截止，+UCC通过V2向RL供电，在RL上获得跟随ui的正半周信号电压uo，即〔uo≈u i）； 在ui负半周，V2截止，V3导通，-UCC通过V3向RL供电，在RL上获得跟随ui的负半周信号电压uo 负载RL上输出如图7.37(c) 所示 由上分析可知：输出电压uo虽未被放大，但 由于iL= ie=（1+β〕ib，具有电流放大作用，因此具有功率放大作用 图7.38 OCL 电路图解分析波形图 从图中可知，uCE1=UCC-uo、 uCE2= -UCC-uo ，其中uo在任一个半周期内为导通三极管的uce，即uo= - uce=ui。
通常要求功率放大电路工作在最大输出状态，输出电压幅值为uom(max)=UCC-UCES≈UCC，此时，截止管承受的最大电压为2UCC当功率放大电路工作在 非 最 大 输 出 状 态 时 ， 输 出 电 压 幅 值 为Uom=IomRL=Ucem=Uim，其大小随输入信号幅度而变这些参数间的关系是计算输出功率和管耗的重要依据 (3) 参数计算 ① 最大输出功率Pom 最大的输出功率为： Pom= IomUom= = 当功率放大器工作在非最大输出状态时，输出功能率为： Po = IomUom= = ② 直流电源供给的功率PU 在一个周期内电源向两个功放管提供的直流功率PU为： PU = 当功率放大器工作在最大输出状态时，两个直流电源供给的总功率为: PUm= ③ 效率η η= 当功率放大电路工作在最大输出状态时，效率为: η= = 78.5% 实用中三极管UCES，UBE等是客观存在的，因而，功率放大电路实际效率约60% 。
④ 三极管管耗PV 直流电源供给的功率与输出功率的差值，即为两只三极管上的管耗，所以每只管子的管耗为 PV = (PU – Po) 功率放大电路工作在最大输出状态时的管耗，并不是最大管耗，每只三极管的最大管耗约为0.2Pom [例例 8] 在在 图图 7.36所所 示示 电电 路路 中中 ，， UCC1= UCC2= UCC=24V；；RL=8Ω，试求：，试求： 10 当当输输入入信信号号Ui=12V(有有效效值值)时时，，电电路路的的输输出出功功率率、、管耗、直流电源供给的功率及效率管耗、直流电源供给的功率及效率 20 输输入入信信号号增增大大至至使使管管子子在在基基本本不不失失真真情情况况下下输输出出最最大大功功率率时时，，互互补补对对称称电电路路的的输输出出功功率率、、管管耗耗、、电电源源供给的功率及效率供给的功率及效率 30 晶体管的极限参数晶体管的极限参数 解：10 在Ui=12V有效值时的幅值为： Uim= Ui≈17V ，即Uom≈Ui=17V。
故 Po= = =18.1W PU＝ = × =32.5W PV = PU – Po = 32.5 – 18.1 = 14.4W η＝ = =55.7% 20 在最大输出功率时，最大输出电压为24V Pom= = × =36W PUm= = =45.8W PV = PU – Po= 45.8 - 36 = 9.8W (此时两管的功耗并不是最大功耗) η= = 78.5% 30 晶体管的极限参数 PCM≥0.2Pom=0.2×36=7.2W(每一管) U(BR)CEO≥2UCC=2×24 = 48V ICM ≥ = 3A （4〕交越失真 交越失真的波形如图7.39所示 图7.39 交越失真波形 解决交越失真的办法是为三极管V2、V3提一个合适的静态工作点，使三极管处于微导通状态，如图7.36中的V4、V5。
2．OTL互补对称功率放大电路 OTL互补对称功率放大电路全称为无输出变压器的功率放大电路，简称为OTL电路，如图7.40所示 图 7.40 OTL功率放大电路 (1) 各元件作用 V1为功放管提供推动电压；RP1、RB1、R B2为V1提供静态工作点，同时还可使UK=1/2UCC；V2 V3、V4V5为两只复合三极管，分别等效为NPN和PNP 型V6、V7、RP2为V2V3、V4V5提供合适的静态工作点，调节RP2可以改变静态工作点；Co为输出耦合电容，一方面将放大后的交流信号耦合给负载RL，另一方面作为V4、V5导通时的直流电源，因此要求容量大，稳定性高C1、R1为自举电路 (2)工作原理 ui为负半周时，V1集电极信号为正半周，V2、V3导通，V4、V5截止在信号电流流向负载RL形成正半周输出的同时向Co充电，使UCo=1/2UCC ui正半周时，V1集电极信号为负半周，V2、V3截止，V4、V5导通此时，Co上的1/2UCC与V4、V5形成放电回路，若时间常数RLC远大于输入信号的半周期，则电容上电压基本不变，而流过管子和负载的电流仍由基极控制，这样在负载上获得负半周输出信号，于是负载上获得完整的正弦信号输出。
(3) 参数计算 OTL 电路与OCL电路相比，每个功放管实际工作电源电压为1/2UCC，因此将〔7.37）～（7.43〕中UCC用1/2UCC替换即得相应的参数计算公式 [例9] 在图7.41所示电路中，知：RB1=22kΩ 、RB2=47kΩ、RE1=24Ω 、RE2= RE3=0.5Ω、 R1=240Ω、RP=470Ω、RL=8Ω，V2为3DD01A、V3为3CD10A，V4、V5为2CP试求： 10 最大输出功率 20 若负载RL上的电流为iL=0.8sinωt〔A〕时的输出功率和输出电压幅值 图7.41 [例9]的电路图 解：10 最大输出功率 Pom= =9W 20 输出功率 Po= =2.56W 输出电压幅值 U om=0.8 ×8=6.4V 7.3.2集成功率放大器 1. 音频集成功率放大器 (1) SL 4112 SL 4112的外形及管脚如图7.42所示。
该集成功放有14只引脚，内部设有静噪抑制电路，因而接通电源时爆破噪声很小它具有电源电压范围宽，降压特性良好等优点，适用于各种收录机主要参数为：电源9V、输出功率2.3W、输入阻抗20kΩ、电压增益68dB、谐波失真2% • 图7.42 SL 4112引脚图 图 7.43 SL 4112应用电路 (2) TDA 2030 TDA 2030的外形及引脚如图7.44(a)所示该集成功放只有5只引脚，它接线简单，既可以接成OCL电路，又可以接成OTL电路，广泛应用于音响设备中其内部设有短路保护电路，具有过热保护能力主要参数为：电源6~18V、输出功率9W、输入阻抗5MΩ、电压增益30dB、谐波失真0.2% TDA 2030的典型应用电路如图7.44(b)所示 (a) (b) 图 7.44 TDA 2030 应用电路 2. 双音频集成功率放大器 (1) BTL电路 BTL功率放大器，其主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL电路大几倍的输出功率，其工作原理图如图7.45所示。
图 7.45 BTL原理电路 静态时，电桥平衡，负载RL中无直流电流动态时，桥臂对管轮流导通在ui正半周，上正下负，V1、V4导通，V2、V3截止，流过负载RL的电流如图中实线所示；在ui负半周，上负下止，V1、V4截止，V2、V3导通，流过负载RL的电流如图中虚线所示忽略饱和压降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为UCC的输出信号电压 (2) LM378 LM378的外形及管脚如图7.46所示主要参数为：电源10~35V、输出功率4W/信道、输入电阻3kΩ、电压增益34dB、带宽50kHz 图7.46 LM378引脚图 ① 反相立体声放大器 反相立体声放大电路如图7.47所示 图7.47 简单反相立体声放大器 ② 桥式结构单放大器 桥式结构单放大电路如图7.48所示 图7.48 BTL电路 (3) TDA 1519 TDA 1519的外形及管脚如图7.49所示。
内部设有多种保护电路(负载开路、AC及DC对地短路等)，并有静噪控制及电源等待状态等功能它在双声道工作时只要外接4只元件，BTL工作时只要外接1只元件，无需调整就能满意地工作主要参数为：电源6~18V、输出功率5.5W(单声道，RL=4Ω) ~ 22W(BTL，RL=4Ω)、电压增益40dB(立体声) ~ 46dB(BTL)、谐波失真10% TDA1519典型应用电路如图7.50所示 图7.49 TDA1519引脚图 (a) 立体声电路 (b) BTL电路 图7.50 TDA1519典型应用 3.场输出集成功率放大器 场输出集成功率放大器是用于显示器、电视机场扫描电路的专用功率放大器，内部采用泵电源型OTL电路形式，封装一般为单列直插式 (1) 泵电源电路 图7.51所示为IX0640CE和外围元件组成的场输出电路。
图中V4、V5、V6、V7及外接元件V8、C构成泵电源电路 图51 IX0640CE组成的场输电路 在场输出锯齿波正程期内，电源通过V8及V6对C充电，C两端电压很快充到UCC，极性为上正下负 在场输出锯齿波逆程期间，电源电压UCC与电容C上的电压串联供电，场输出级电源电压上升为2UCC，实现了泵电源供电，即在场扫描正程期间采用低电压供电，而在逆程期间采用高电压供电 (2) 应用电路 IX0640CE的外形及引脚如图7.52所示 图 7.52 IX0640CE引脚图 图7.53(b)为TDA8172的应用电路，场锯齿波信号经RP1、R2从P1脚进入集成功放，调节RP1可以改变场幅；RP2、C2组成微分电路，由于C2和C3的存在对锯齿波中的高频分量分流作用大，对低频分量分流作用小，因此它们构成预失真，以使场偏转线圈中锯齿波电流线性良好；R3、R4构成直流反馈，可稳定工作点，C3用来滤除反馈信号中的交流成分；R5、R6为交流电流负反馈，改善锯齿波电流线性；V1、C1同内部电路构成逆程泵电源，实现自举升压；放大后的锯齿波信号从P5脚输出，送场偏转线圈，C4是输出耦合电容。
IX0640CE的应用电路如图7.51所示场锯齿波信号从P4进入集成功放后首先加在V1的基极，经过V1放大后推动V2、V3组成的互补推挽场输出电路，再从P2脚输出送场偏转线圈，实现功率放大 TDA8172的外形及引脚如图7.53(a)所示 图7.53(a) TDA8172引脚图 图7.53(b) TDA8172组成的场输出电路 本章小结 本章小结 一、放大电路中 一、放大电路中“放大〞的实质，是通过三极管〔放大〞的实质，是通过三极管〔或场效应管〕的作用进行能量转换，即将直流电源的能或场效应管〕的作用进行能量转换，即将直流电源的能量转换为负载获得的能量放大电路的组成原则是必须量转换为负载获得的能量放大电路的组成原则是必须有电源，核心元件是三极管〔或场效应管），要有合适有电源，核心元件是三极管〔或场效应管），要有合适的静态工作点，并保证放大电路在放大信号的整个周期，的静态工作点，并保证放大电路在放大信号的整个周期，三极管〔或场效应管〕都工作在特性曲线的线性放大区三极管〔或场效应管〕都工作在特性曲线的线性放大区。
放大电路工作时，电路中各电压、电流值是直流量和交放大电路工作时，电路中各电压、电流值是直流量和交流量叠加的结果电路分析由静态分析和动态分析两部流量叠加的结果电路分析由静态分析和动态分析两部分组成静态分析借助直流通路，用估算法或图解法确分组成静态分析借助直流通路，用估算法或图解法确定静态工作点动态分析借助交流通路，用图解法或微定静态工作点动态分析借助交流通路，用图解法或微变等效电路法确定电压放大倍数、输入电阻、输出电阻变等效电路法确定电压放大倍数、输入电阻、输出电阻等动态性能指标常用的稳定工作点电路有射极偏置电等动态性能指标常用的稳定工作点电路有射极偏置电路路(基极分压式偏置电路基极分压式偏置电路)、集基耦合电路和温度补偿电、集基耦合电路和温度补偿电路 二、共集电极电路由于输入电阻高，输出电阻低，并具有电压跟随特性，广泛应用于输出级或隔离级共基极电路由于频率特性好，常用于高频放大阻容耦合多级放大电路，由于各级放大电路的静态工作点互不影响，调试方便，常被用来进一步提高放大倍数，但计算每级放大倍数时应考虑前、后级之间的相互影响场效应管放大电路的分析方法和步骤与三极管放大电路类似，各种类型的放大电路与相应的三极管放大电路具有类似的特点，只是模拟电路中多用结型和耗尽型MOS管，而增强型MOS管则多用于数字电路。
三、 三、OCL电路采用双电源供电电路采用双电源供电OTL电路采用单电路采用单电源供电，但需要一个大容量输出耦合电容电路中，电源供电，但需要一个大容量输出耦合电容电路中，两只功放管分别在正、负半周交替工作当输入信号两只功放管分别在正、负半周交替工作当输入信号一定时，能使输出信号幅度一定时，能使输出信号幅度Uom基本上等于电源电压基本上等于电源电压UCC而又不失真的负载称为功放电路的最佳负载此而又不失真的负载称为功放电路的最佳负载此时功放电路输出最大功率，具有最高的转换效率，但时功放电路输出最大功率，具有最高的转换效率，但两管的功耗不是最大由于集成功放外接元件少，电两管的功耗不是最大由于集成功放外接元件少，电路结构简单，应用越来越广泛，使用时应注意正确选路结构简单，应用越来越广泛，使用时应注意正确选择型号，识别各引脚的功能当需要进一步提高输出择型号，识别各引脚的功能当需要进一步提高输出功率时，可将两个功率时，可将两个OCL电路连接成电路连接成BTL电路形式电路形式。