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1、第七章第七章 低频功率放大电路低频功率放大电路7.1 低频功率放大电路概述低频功率放大电路概述 7.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.3 集成功率放大器集成功率放大器 7.1 低频功率放大电路概述低频功率放大电路概述 7.1.1 分类分类 t图图 7 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图 (a) 甲类(b) 乙类(c) 甲乙类iBOOOOOOiCiCiCiCiCiCiBiBiBiBiBw tw tw tw tw tw OOO7.1.2 功率放大器的特点功率放大器的特点 1. 输出功率要足够大输出功率要足够大 如输入信号
2、是某一频率的正弦信号, 则输出功率表达式为式中, Io、Uo均为有效值。如用振幅值表示, , 代入公式(7 - 1), 则（7-1）2. 效率要高效率要高 放放大大器器实实质质上上是是一一个个能能量量转转换换器器, 它它是是将将电电源源供供给给的的直直流流能能量量转转换换成成交交流流信信号号的的能能量量输输送送给给负负载载, 因因此此, 要要求求转转换换效效率率高高。为为定定量量反反映映放放大大电电路路效效率率的的高高低低, 引引入入参参数数, 它它的定义为的定义为式式中中, Po为为信信号号输输出出功功率率, PE是是直直流流电电源源向向电电路路提提供供的的功功率率。在在直直流流电电源源提提
3、供供相相同同直直流流功功率率的的条条件件下下, 输输出出信信号号功率愈大功率愈大, 电路的效率愈高。电路的效率愈高。 (7-3)为为使使输输出出功功率率大大, 由由式式(7 - 2)可可知知Iom、Uom也也应应大大, 故故功功率率放放大大器器采采用用的的三三极极管管均均应应工工作作在在大大信信号号状状态态下下。由由于于三三极极管管是是非非线线性性器器件件, 在在大大信信号号工工作作状状态态下下, 器器件件本本身身的的非非线线性性问问题题十十分分突突出出, 因因此此, 输输出出信信号号不不可可避避免免地地会会产产生生一一定定的的非非线线性性失失真真。当当输输入入是是单单一一频频率率的的正正弦弦
4、信信号号时时, 输输出出将将会会存存在在一一定定数数量量的的谐谐波波。谐谐波波成成分分愈愈大大,表表明明非非线线性性失失真真愈愈大大, 通通常常用用非非线线性性失失真真系系数数表表示示, 它它等等于于谐谐波波总总量量和和基基波波成成分分之之比比 通通常常情情况况下下, 输输出出功功率率愈愈大大, 非非线线性性失失真真就就愈愈严重。严重。 3. 非线性失真要小非线性失真要小7.1.3 提高输出功率的方法提高输出功率的方法 1. 提高电源电压提高电源电压 选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。 2. 改善器件的散热条件改善器件的散热条件 普普通通功
5、功率率三三极极管管的的外外壳壳较较小小, 散散热热效效果果差差, 所所以以允允许许的的耗耗散散功功率率低低。当当加加上上散散热热片片, 使使得得器器件件的的热热量量及及时时散散热热后后, 则则输输出出功功率率可可以以提提高高很很多多。例例如如低低频频大大功功率率管管3AD6在在不不加加散散热热片片时时, 允允许许的的最最大大功功耗耗Pcm仅仅为为1W,加加了了120mm120 mm4 mm的的散散热热片片后后, 其其Pcm可可达达到到10 W。 在在实实际际功功率率放放大大电电路路中中,为为了了提提高高输输出出信信号号功功率率, 在在功功放放管一般加有散热片。管一般加有散热片。 7.1.4 提
6、高效率的方法提高效率的方法 QMOAMNUCEQUCCUcemuCEBiCIcmICQ图图 7 2 功放的图解法功放的图解法(甲类放大状态甲类放大状态) 即为MMQ的面积。 电源提供的直流功率为即为 OMBA的面积值, 故效率 放大电路输出功率为 1. 改变功放管的工作状态改变功放管的工作状态 QUcemuCEiCIcmO图 7 3 乙类放大状态 2. 选择最佳负载选择最佳负载 图 7 4 最佳负载的确定 7.2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 7.2.1 双电源互补对称电路双电源互补对称电路 (OCL电路电路) 图图7 5 双电源互补对称电路双电源互补对称电路 设设两两管管的的门门
7、限限电电压压均均等等于于零零。当当输输入入信信号号ui=0, 则则ICQ=0, 两两管管均均处处于于截截止止状状态态, 故故输输出出uo=0。当当输输入入端端加加一一正正弦弦信信号号, 在在正正半半周周时时, 由由于于ui0, 因因此此V1导导通通、V2截截止止, ic1流流过过负负载载电电阻阻RL; 在在负负半半周周时时, 由由于于ui0, 因因此此V1截截止止、V2导通导通, 电流电流ic2通过负载电阻通过负载电阻RL, 但方向与正半周相反。但方向与正半周相反。 即即V1、V2管管交交替替工工作作, 流流过过RL的的电电流流为为一一完完整整的的正正弦弦波波信信号号, 波波形形如如图图7-
8、2所所示示。由由于于该该电电路路中中两两个个管管子子导导电电特特性性互互为为补补充充, 电电路路对对称称, 因因此此该该电电路路称称为为互互补补对对称称功功率率放放大大电路。电路。 2. 指标计算指标计算 图图7 6 双电源互补对称电路的图解分析双电源互补对称电路的图解分析 (1) 输出功率输出功率Po: 当考虑饱和压降当考虑饱和压降Uces时时, 输出的最大电压幅值为输出的最大电压幅值为 一一般般情情况况下下, 输输出出电电压压的的幅幅值值Ucem总总是是小小于于电电源源电电压压UCC值值, 故引入电源利用系数故引入电源利用系数(7-6)(7-4)将将(7 - 6)式代入式代入(7 - 4)
9、式得式得 当忽略饱和压降当忽略饱和压降Uces时时, 即即=1, 输出功率输出功率Pom可按下式估算可按下式估算: 图7 - 7Po与关系曲线 (2) 效率效率: 由由(7 - 3)式确定。为此应先求出电源供给式确定。为此应先求出电源供给功功PE。 图7 8 集电极电流ic波形 因此因此, 直流电源直流电源UCC供给的功率为供给的功率为 因考虑是正负两组直流电源因考虑是正负两组直流电源, 故总的直流电源的供给功率为故总的直流电源的供给功率为 当=1时, 效率最高, 即 图图7 9 PE与与的的关关系系曲曲线线(3) 集电极功率损耗集电极功率损耗Pc: 图图7 - 10Pc与与的关系曲线的关系曲
10、线 (7-14)3. 存在问题存在问题 (1) 交越失真。交越失真。 图图7 11 互补对称功率放大电路的交越失真互补对称功率放大电路的交越失真 图图7 12 克服交越失真的几种电路克服交越失真的几种电路 图图7 - 12(a)是是利利用用V3管管的的静静态态电电流流IC3Q在在电电阻阻R1上上的的压压降来提供降来提供V1、V2管所需的偏压管所需的偏压, 即即 图图7 - 12(b)是是利利用用二二极极管管的的正正向向压压降降为为V1、V2提提供供所需的偏压所需的偏压, 即即 图图7-12(c)是是利利用用UBE倍倍压压电电路路向向V1、V2管管提提供供所所需需的的偏压偏压, 其关系推导如下其
11、关系推导如下: 所以所以(2) 用复合管组成互补对称电路 图图7 13 复合管的几种接法复合管的几种接法 图7 14 复合管互补对称级 图7 15 准互补对称电路 7.2.2 单电源互补对称电路单电源互补对称电路 (OTL电路电路) 图7 16 单电源互补对称电路 7.2.3 实际功率放大电路举例实际功率放大电路举例 图图7 17 OCL准互补对称功率放大电路准互补对称功率放大电路 图图7-18 集成运放作为前置级的集成运放作为前置级的OCL电路电路 7.3 集成功率放大器集成功率放大器 7.3.1 内部电路组成简介内部电路组成简介 图 7 - 19 中虚线框内为DG4100系列单片集成功放内
12、部电路。它由三级直接耦合放大电路和一级互补对称放大电路构成,并由单电源供电, 输入及输出均通过耦合电容与信号源和负载相连, 是OTL互补对称功率放大电路。 图图 7-19 DG4100集成功放集成功放与外接元件总电路图与外接元件总电路图 因为反馈由输出端直接引至输入端, 且放大器的开环增益很高(三级电压放大), 整个放大电路为深度负反馈放大器, 所以, 放大器的闭环电压增益约为1/F, 即 当信号ui正半周输入时, V2输出也为正半周, 经两级中间放大后, V7输出仍为正半周, 因此V12、V13复合管导通, V8、V14管截止,在负载RL上获得正半周输出信号；当ui负半周输入时, 经过相应的放大过程, 在RL上取得负半周输出信号。 7.3.2 DG4100集成功放的典型接线法集成功放的典型接线法 图图 7-20DG4100集集成成功功放放的的典典型型接接线线法法
