低频功率放大器讲义

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1、图1-1-a甲类功率放大器甲类放大电路的偏 置电阻较小，电流 较大，在无信号时 三极管完全导通图1-1-b乙类功率放大器图1-1-c甲乙类功率放大器第二章低频功率放大器学习目标本章学习音频类放大器中最重要的功率放大器的知识。高保真音响对电路有 很多要求，其中很大部分是针对功放电路本身的。因此，比较深入地理解低频功 放是本章的目标。1、理解甲、乙、甲乙类功放电路的不同之处以及它们对信号处理的区别。 掌握OCL电路和OTL电路的组成特点以及每个元件的作用。2、通过一个小功率功放的制作，掌握分立元件功放的电路特点和元件选择 以及调试等方面的要求。3、通过对一个集成电路功放的制作，感受一下功率放大器的

2、特点，提高对 功放电路的认识。第一节低频功率放大器的基本组成低频功率放大器根据静态工作点的不同，分为甲类、乙类和甲乙类功率放大 器，如图1-1所示。甲类功率放大器和乙类功率放大器 最大的不同在于它们的偏置电路所提供的 偏置电压不同。甲类功率放大器具有很高 的偏置电压，而乙类功率放大器则是没有 偏置电压的。由于这个不同，造成的后果 是甲类功率放大器对声音信号放大时的失 真小，声音质量较好，但对电源消耗很大， 效率很低;而乙类功率放大器则正好相反， 它的失真比较大，但效率很高。乙类放大电路没有偏置电 路，没有偏置电流，在无 信号时三极管不导通为了能在提高效率的同时又兼顾到失真不太大，我们大多采用的

3、是甲乙类功 率放大电路，这种电路具有很小的偏置电压，使三极管处于轻微的导通状态。甲乙类功放电路是我们最为常用的功率放大电路，从图1-2中我们可以看出， 由于三极管的基极只具有极小的偏置，所以输入的信号中只有正极性的波形(正 半周)才会被很好地放大，而负极性的波形(负半周)的大部分就不能通过三极管 了，因而在三极管的输出信号中，负半周的信号就没有了，这样的电路是不能胜 任放大工作的。为了解决这个问题，我们就得想想办法了。图i-2-a甲类电路的输出波形甲类放大电路的偏置比较大，将输入信号抬高到远远高于三极管的死区 电压(0.7V)，因此所有的信号都能通过三极管进行放大，并且失真很小，输出 波形与输

4、入波形一致。图1-2-b乙类电路的输出波形乙类放大电路没有偏置，输入信号的正半周仍有一部分位于三极管的死 区电压(0.7V)内，于是，输入信号中只有正半周的一部分能通过三极管进行放 大，失真很大，输出波形下部比较差。图1-2-c甲乙类电路的输出波形甲乙类放大电路的偏置很小，输入信号的正半周刚好不在三极管的死区 电压(0.7V)内，于是，输入信号中的正半周部分刚好都能通过三极管进行放大， 输出的虽然只有一半的波形，但这一半的失真比较小。如果我们用两个甲乙类功放电路，一个放大信号的正半周，另一个放大信号 的负半周，然后再将放大后的信号合并起来，就可以拼出一个完整的信号了。但 这样做的前提是必 须有

5、一个能放大正 半周的甲乙类功放 电路和一个能放大 负半周的甲乙类功 放电路，能放大正 半周的电路已经有 了，将这个电路的 三极管改成PNP管 就可以成为一个能 放大负半周的甲乙 类功放电路了，如 图1-3所示，这样 的电路叫做互补对 称电路。但这个图1-3互补对称的OCL电路PNP管的功放电路所使用的电源须是一个负电源，要将两个电路合并在一起，就 必须提供一个正电源和一个负电源，而两个电源的中点为地，两只三极管的发射 极输出的信号经 喇叭到地。这个电路 的三极管偏置电 路是不变的，为了 更为方便地提供 一个能使三极管 处于微导通的电 压，可以用一个二 极管代替下偏置 电阻R2和R3。如 图1-

6、4所示，二极 管产生的0.7V的 管压降就正好可以使三极管的基 极对发射极处于图1-4使用二极管偏置电路的OCL电路一个微导通的状态，并且二极管在导通时是不会对输入的信号带来太大的损失， 这一点也比用电阻作下偏置要好。两个下偏置电阻都是接地的，这个地方可以不接，叫悬空地，但是这样的一 个电路会有一个很大的危险：如果这两个三极管基极间的电路出现开路，哪怕是 一瞬间，就有可能将两个三极管都烧毁，因为这个电路是两个三极管共同的下偏 置，只要一开路，两只三极管的基极就会全部接受从上偏置电阻过来的电流，这 个电流是不会太小的，而三极管的集电极就会出现被放大了的基极电流，这么一 个大电流流过两只三极管的集

7、电极（相当于用两只三极管将电源短路），三极管就 会在一瞬间变成废品。因而在这类电路中，往往在这个偏置电路上有一些保护措 施，如并联一个电 阻等。图1-5 OTL电路这种甲乙类功 放电路叫做OCL电 路，OCL就是没有 输出电容的意思。 没有输出电容是有 一点麻烦的，因为 它必须用双电源才 能工作。假如我们 只有一个电源，就 可以靠增加一个输 出电容来将单电源 当做双电源使用， 这就是OTL电路， 如图1-5所示。先让我们来看看0CL电路中的电源，一个正电源和一个负电源，两电源的 电压是相等的，只是极性相反，这里实际上是两个电源串联在一起，组成了一个 两倍大的电源（跟电池串联一样），还有一个地，

8、地的电压正好是这个大电源电压 的中点。在没有信号输入的时候，两只三极管将这个大电源的电压进行分压，于 是在两只三极管的发射极也是电源电压的中点，与地的电压一样，叫做悬空地， 在这个悬空地与地之间接上一只扬声器是不用担心有直流电流流过而烧毁它的， 因为它的两端电压是一样的：都是地电压。如果我们使用的是一个单电源，于是就没有具有一个中点电压的地了，但两 只三极管的发射极仍然是电源电压的中点，假如此时在这个中点与电源或地之间 接上一只扬声器，就会有电源电压的一半加在它的两端，而扬声器的电阻通常只 有几Q,这必然会引起很大的电流，将扬声器烧出焦味。解决的办法可以利用电 容的隔直流通交流的特性，在放大器

9、的输出中点接上一只大容量的电容后再接扬 声器，这样直流电流就不会通过扬声器了，而作为信号的声音电流则可以通过电 容，推动扬声器发出声音。功放电路中除了 OCL和OTL夕卜，还有一种用变压器进行输出信号耦合的 放大电路，这种电路由于有输出变压器，所以价格比较昂贵，但它可以输出很高 的电压，可以进行长距离的传输，有线广播通常就是使用这种放大器。将这种电 路中的输出变压器省略后，就变成了 OTL电路，实际上，OTL是没有输出变压 器的意思。现在还有丙类功率放大电路和数字功率放大电路，有兴趣的读者可以留心这 方面的书籍。在我们使用的大部分音响里，功率放大器通常是用分立元件构成的，这是因 为分立元件所制

10、作的功率放大器具有更好的性能，尽管现在集成电路具有更为广 泛的用途。但真正要使用分立的元件来制作一个非常优秀的功率放大器，需要很好的技 术和对这一行有很高的修养，我们在这里并不打算让大家来制作功率太大、性能 太好的分立元件的功率放大器，原因并不是看不起各位读者，而是由于下面的两 个原因：一是制作分立元件功放的书籍实在是太多了；二是由于要制作一个功率 太大、性能太好的分立元件的功率放大器需要花掉很多的钱，而我则更希望大家 能把这笔钱节省下来，以便能将本书读完。第二节多媒体计算机耳机功放现在，可以放进口袋里的高档放音设备如CD机等越来越便宜，很多人都随 身带上一个，在火车上或飞机上就可以好好享受一

11、下美妙的音乐，但是在这些小 机器里，它的功放电路是不算好的，用它来接上一个高档的耳机是有点儿糟蹋， 在这里我们来制作一个高保真的耳机功率放大器，做好后你可以对比一下，看自 己的劳动是否值得。电路如图2-1所示，输入的信号从插口进入后经过电容C1和电阻R1接到运 算放大器的输入端，电容C2可以将信号中一些频率太高的高音通一部分到地， 以衰减一些高音，使声音变得柔和一些，在C2上并联一个电阻可以使衰减在一 个合适的范围，不至于衰减得太多了。信号经运算放大器放大后直接进入一个 OCL电路进行功率放大。功率放大器的两只三极管基极间用了四只二极管，可以让三极管工作在甲乙 类偏甲类的状态下来进一步减小了失

12、真（如果电路采用电池供电的话，可以减少 一到两只二极管，以减小电流的消耗），两只功放三极管用的是专用高保真功率 对管，如果没有这样的管子，可用9013和9015来代替（但功率要小一些），在代替使用时，必须注意两只功放三极管要配对，也就是说，两只管子的放大倍数、 穿透电流等都应尽可能一致。1R11SKC4 0. 5 uD 1ZL P1R4 R8T20图2-1高保真的耳机功率放大器电路图LF356是被誉为Hi-Fi （即高保真的意思）四大运放名品之一的音响高速运算放 大器，由它对输入信号进行电压的放大，然后输出给两只三极管进行电流的放大 （即功率放大）。电阻R4在这里是负反馈电阻，它从整个电路的最

13、后输出端反馈到 输入端，形成的是一个大环路，用这种大环路可以使信号在电路中任何地方产生 的失真都得到有效的纠正。如果电路在做好后会自己发出啸叫声，可以在这只电 阻上并联一只容量在0.01 mF以下的电容，只要能消除啸叫声即可，越小越好。电容器C1对整个输入信号的影响极大，应选用质量比较好的电容，最好使 用钽电容或独石电容，这是因为性能不好的电容中有一些成分的电感和其他分布 参数，这些参数会在电感内形成一些不好的频率特性，影响声音的质量。上面的电路图中，功放电路只画了一个声道的，如果需要制作一个立体声的 耳机功放，可以再做一个同样的功放电路，两个电路可以共用一个电源，但滤波 电容最好分开用（各用

14、一组），并且两个电路可以适当隔开一点距离，以避免两个声道相互串音。图2-2多媒体耳机功放印制板图第三节 适合自制的功率放大器我们现在有很多音质不错的随身听、高频立体声收音机等，但它们最大的缺 点是只能个人用耳机欣赏，而且对人的听力损害很大，现在我们来做一个音质不 错的功率放大器，将这些小机器里的声音进行放大，让自己坐在声音里面，也来 “发发烧”（这一个功放电路完全够得上发烧级的水平，但价格非常便宜）。在这个电路中，采用了一个价格非常便宜但性能非常不错的功放集成电路 TDA2030 （这在从前的功放热潮中可是非常高档的功放集成块），同时使用了性能 优异的运算放大器TL082来改善电路的性能。电路

15、是非常简单的，如图3-1所示，这是一个声道的电路，还有一个声道与 它完全一样。图3-1 一个价廉物美的自制功放的电路图电路中RCR2、C2等组成一个均衡电路，使高、低音得到提升，这是 因为人耳对高、低音不太敏感，需要更大的声音才能感到与中音一致。经过这般 处理的声音信号进入TDA2030进行放大，电阻R4为一个负反馈电阻，可以使电 路工作更加稳定，音质更好。运算放大器TL082的作用是不断地监视TDA2030 是否工作在一个正确的直流电压状态下（即TDA2030集成块4脚的直流电压应始 终为零），如果这个直流电压发生变化，TL084会立即将它调整回去，所以这里 由TL084组成的电路也叫做伺服

16、电路。图3-2是电路的印制板图。装这个电路时要使用性能较好的元件，如电阻最好采用1/4W金属膜电阻， 电容应采用聚丙烯电容或更好的电容，电解电容的容量一定要足够，漏电要很小。 这里面变压器的功率是很重要的，如果你的音箱功率不大（如不到5W），可以采 用30W40W以上的（当然越大越好），整流二极管最好采用1N5401，它的最大 整流电流可达3A。电路中，从输入接口到电位器以及从电位器到电路板都需要用屏蔽线，以免 引人干扰。TDA2030在工作时会发热，如果不采取措施会引起集成块的损坏，可以用 一段门窗用的铝型材，钻两个小孔，垫上绝缘片，将集成块用螺丝拧上去（图3-2所示的电路板中为大电流的元件留足了算热空间）。图3-2自制功放