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1、第第5 5章低功率放大器章低功率放大器5.15.1功率放大电路概述功率放大电路概述5.25.2互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路5.45.4实训实训5.35.3集成功率放大器集成功率放大器本章要求：本章要求：本章要求：本章要求：理解低频功率放大电路的特点、要求和分理解低频功率放大电路的特点、要求和分类，掌握互补对称功率放大电路的工作原理，类，掌握互补对称功率放大电路的工作原理，熟悉熟悉OCL, OTLOCL, OTL电路功率及效率的估算，了解集电路功率及效率的估算，了解集成功放的应用。成功放的应用。第第5 5章低功率放大器章低功率放大器一个实用的放大电路通常含有三部分：输入级、中间级、输
2、出级，其任务各不相同。一般的说，输入级与信号源相连，因此要求输入级的输入电阻大，噪声低，共模抑制能力强，阻抗匹配等；中间级主要完成电压放大任务，以输出足够大的电压；输出级主要向负载提供足够大的功率，以便驱动功率型负载，如音响放大器中的扬声器、电视机显像管和计算机监视器。u5.1 5.1 功率放大电路概述功率放大电路概述功率放大电路作为放大电路的输出级，具有以下几个特点：(1)由于功率放大电路的主要任务是向负载提供一定的功率，因而输出电压和电流的幅度足够大；(2) 由于输出信号幅度较大，使三极管工作在饱和区与截止区的边沿，因此输出信号存在一定程度的失真；(3) 功率放大电路在输出功率的同时，三极
3、管消耗的能量亦较大，因此，不可忽视管耗问题。p 一、电路特点一、电路特点1.效率要高功率放大器的实质是在晶体管的控制下，将直流电源提供给放大器的直流功率转换成负载上的交流功率。在直流功率一定时，负载上得到的交流功率越大，放大器的效率就越高，或者说放大电路所消耗的功率就越少。其次，被放大电路所消耗的功率，对放大电路来讲是有害的，它使放大电路中的元器件产生较大的热能。所以，功率放大电路中的三极管一般要加合适的散热器，以降低结温，确保三极管安全工作。2.非线性失真要小由于功率放大器中的三极管工作在大信号状态，非线性特性更为显现，所以功率放大器失真较为明显。要减小失真，电路中要采取措施，如引入负反馈等
4、。p 二、电路要求二、电路要求根据电路中功率三极管静态工作点设置的不同，如图5-1所示，功率放大电路可分成甲类、乙类和甲乙类等。p 三、功率放大电路的分类三、功率放大电路的分类1甲类放大电路的工作点设置在放大区的中间，这种电路的优点是在输入信号的整个周期内三极管都处于导通状态，输出信号失真较小（前面讨论的电压放大器都工作在这种状态），缺点是放大电路不论有无信号，始终有较大的静态工作电流 ICQ，这时管耗PV 大，电路能量转换效率低。2乙类放大电路的工作点设置在截止区，这时，由于三极管的静态电流ICQ = 0，所以能量转换效率高，它的缺点是只能对半个周期的输入信号进行放大，非线性失真大。3甲乙类
5、放大电路的工作点设在放大区但接近截止区，即三极管处于微导通状态，这样可以有效克服乙类放大电路的失真问题，且能量转换效率也较高，目前使用较广泛，特别是它便于集成化，在集成功率放大电路中也得到广泛应用。5.2.15.2.1乙类乙类OCLOCL基本互补对称功率放大电路基本互补对称功率放大电路u5.25.2互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路图5-2是双电源乙类互补对称功率放大电路。这类电路又称无输出电容的功率放大电路，简称OCL电路。VT1和VT2分别为NPN型管和PNP型管，两管参数对称。p 一、电路组成及工作原理1.静态分析当输入信号u0 =0时，两三极管都工作在截止区，此时IBQ 、 IC
6、Q 、 IEQ 均为零，负载上无电流通过，输出电压u0 =02.动态分析当输入信号处于正半周时，三极管V1导通，V2截止，有电流通过负载RL ；而当输入信号处于负半周时，V1截止，V2导通，仍有电流流过负载RL 。该电路实现了在静态时管子不取电流，而在有信号时，V1和V2轮流导通，使输出形成完整的正弦波。由于这种电路中的三极管交替工作，即一个“推”，一个“挽”，互相补充，故这类电路又称为互补对称推挽电路。以下参数分析均以输入信号是正弦波为前提，且忽略失真。1.1.输出功率输出功率P Po o设输出电压的幅值为 Uom ，有效值为 Uo ；输出电流的幅值为Iom ，有效值为Io ，则2.2.直流
7、电源供给的功率直流电源供给的功率P PDCDC两个电源各提供半个周期的电流，其峰值为Iom = Uom/RL故每个电源提供的平均电流为 因此两个电源提供的功率为p 二、功率参数分析二、功率参数分析3.3.效率效率输出功率与直流电源提供功率之比为功率放大器的效率。理想条件下，输出最大功率时的效率，也是最大效率。实际上，由于功率管V1、V2的饱和压降不为零，所以电路的最大效率低于78.5%。4.4.管耗管耗 PVPV直流电源提供的功率与输出功率之差就是损耗在两个三极管上的功率可求得当 时，三极管消耗的功率最大，其值为单管的最大功耗为5.5.功率管的选择功率管的选择功率管的极限参数有PCM 、ICM
8、和U(BR)CEO应满足下列条件： 功率管集电极的最大允许功耗。功率管的最大功耗应大于单管的最大功耗，即 功率管的最大耐压 功率管的最大集电极电流1.仿真电路 运用Multisim 10仿真软件对乙类互补对称功率放大电路进行仿真。仿真电路如图5-3所示。p 三、乙类互补对称功率放大电路的仿真三、乙类互补对称功率放大电路的仿真2.输入端接入ui(fi=1 kHz, ui=3 V)用示波器(DC输入端)同时观察ui 、 uo 的波形，并记录波形。仿真结果如图5-4所示，明显观察到输出波形出现了交越失真现象。p 四、交越失真及其消除四、交越失真及其消除1.仿真电路仿真电路如图5-7所示。p 五、甲乙
9、类互补对称功率放大电路的仿真五、甲乙类互补对称功率放大电路的仿真2.输入端接入ui(fi=1 kHz, ui=3 V)用示波器(DC输入端)同时观察ui 、 uo 的波形，并记录波形。仿真结果如图5-8所示，可以观察到甲乙类互补对称功率放大电路避免了输出波形的交越失真。5.2.25.2.2甲乙类甲乙类OTLOTL单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路由于静态时两管的发射极是零电位，所以负载可直接连接，不需要耦合电容，故也称为OCL（无输出电容器Output Capacitorless）电路。与OCL电路相比，OTL电路的优点是少用一个电源，故使用方便，缺
10、点是由于电容C2在低频时的容抗可能比RL 大，所以OTL电路的低频响应较差。从基本工作原理上看，两个电路基本相同，需要特别指出的是，在OTL电路中的每个三极管的工作电源已变为Vcc2，已不是OCL电路的Vcc了，所以前面导出的计算PO、PDC、 PV的公式中的Vcc要以Vcc2代替。u 5.3 5.3 集成功率放大器集成功率放大器集成功率放大器具有输出功率大、外围连接元件少、使用方便等优点，目前使用越来越广泛。它的品种很多，但是大多数集成功放及其外围电路有其共同规律，学习几个典型的集成功放电路，对于应用新型集成功放电路是有益的。5.3.15.3.1LM1875LM1875介绍及其应用电路介绍及
11、其应用电路(1)单双电源，宽电压范围（单16V60V或双 660V）；(2)最大不失真功率为30W；(3) 低失真度输出（30W时小于1%）；(4) 开环增益90dB；(5) 静态电流小于100mA；(6) 最大输出电流4A；(7) 最大摆幅率8V/s。外引脚的排列如图5-10所示。p 一、 LM1875主要技术参数1.双电源双电源(OCL)应用电路应用电路如图5-11所示电路是双电源时LM1875的典型应用电路。输入信号ui由同相端输入，R1 、R2 、 C2 构成交流电压串联负反馈，因此，闭环电压放大倍数为图中电容C4 、C5、 C6 、C7 、 为电源去耦滤波，其中0.1F小电容主要滤除
12、高频噪声， R5、 C3构成扬声器补偿网络，可吸收扬声器的反电动势，防止电路振荡。p 二、二、 LM1875集成功放的典型应用集成功放的典型应用2.单电源（单电源（OTL）应用电路）应用电路对仅有一组电源的中、小型录音机的音响系统, 可采用单电源连接方式, 如图5-12所示。 由于采用单电源供电, 故同相输入端用阻值相同的R3 、 R4 组成分压电路, 使K点电位为VCC/2，经R5加至同相输入端。 在静态时, 同相输入端、 反相输入端和输出端皆为VCC/2。其它元件作用与双电源电路相同。5.3.25.3.2LM386LM386介绍及其应用电路介绍及其应用电路LM386是美国国家半导体公司生产
13、的音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值，直至200。输入端以地为参考，同时输出端被自动偏置到电源电压的一半，在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW,使得LM386特别适用于电池供电的场合。(1) 电源电压：4V12V；(2) 输出功率为660mW；(3) 带宽为300kHz；(4) 输入阻抗为50k。外引脚排列如图5-13所示。p 一、一、 LM386主要技术参数主要技术参数如图5-14所示，输入信号ui由同相端输入，引脚1、8端外接C2 、 RP ，调节 RP 可调节电路电压增益；引脚7外接去耦电容C5 ；引脚5通过电容C3接扬声器负载，电路为OTL形式， R1 、 C4 并联在负载两端，主要用于改善频率响应。p 二、二、 OTLOTL典型应用电路分析典型应用电路分析
