第6章集成功率放大器

1、新世紀(jì)高職高專(zhuān)教材編審委員會(huì)組編主編王成安孟曉明（基礎(chǔ)篇）（第三版）第第6 6章功率放大電路章功率放大電路6.16.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.26.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.3 6.3 集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用第第6 6章功率放大電路章功率放大電路功率放大電路是電子電路的最末級(jí)，擔(dān)負(fù)著驅(qū)動(dòng)負(fù)載的任務(wù)。如何將信號(hào)經(jīng)過(guò)多級(jí)放大以后能以符合要求的功率和盡可能小的失真?zhèn)鬟f給負(fù)載，是本章要重點(diǎn)研究解決的問(wèn)題。功率放大器的種類(lèi)很多，各有特點(diǎn)與不足。從最基本的功率放大器到最新的集成功率放大器，讓你把握功率放大器的發(fā)展

2、進(jìn)程。尤其是近些年來(lái)異軍突起的“傻瓜”功率放大器和最新的D類(lèi)放大器，在本章中當(dāng)然也是重點(diǎn)介紹的對(duì)象。章首導(dǎo)言6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)電壓放大電路均屬小信號(hào)放大電路，它們主要用于增強(qiáng)信號(hào)的電壓或電流的幅度。實(shí)際上，很多電子設(shè)備的輸出要帶動(dòng)一定的負(fù)載，能輸出信號(hào)功率足夠大的電路就是功率放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)功放。6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)1功率放大電路的任務(wù)電子設(shè)備中的放大器一般由前置放大器和功率放大器組成，如圖所示。前置放大器的主要

3、任務(wù)是不失真地提高輸入信號(hào)的電壓或電流的幅度，功率放大器的任務(wù)是在信號(hào)失真允許的范圍內(nèi)。放大器組成方框圖6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)2. 功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)(1) 輸出功率：功放電路根據(jù)負(fù)載要求向負(fù)載提供的有用信號(hào)功率。ommommommommommIUIUP2122(2)效率：放大電路提供給負(fù)載的功率是由直流電源提供的。DCoPP6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技

4、術(shù)指標(biāo)(3) 管耗：功放電路中直流電源提供的功率除了供給負(fù)載外，其它部分主要被功率管所消耗，這部分功率稱(chēng)為管耗：(4) 非線(xiàn)性失真：由于在功率放大電路中，三極管的工作點(diǎn)在大范圍內(nèi)變動(dòng)，輸出波形的非線(xiàn)性失真比小信號(hào)放大電路要嚴(yán)重得多。ODCCPPP6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)3功率晶體管的工作特點(diǎn)擔(dān)任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱(chēng)為功放管，一般由晶體三極管來(lái)?yè)?dān)任，近些年來(lái)，隨著場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝的提高，功放管已經(jīng)被場(chǎng)效應(yīng)管所取代，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動(dòng)功率。功率晶體管都工作在接近于

5、管子參數(shù)的極限狀態(tài)，選擇功率管時(shí)要注意不要超過(guò)管子的極限參數(shù)，要留有一定的余量，要考慮在電路中采取必要的過(guò)流保護(hù)，過(guò)壓保護(hù)措施，解決好管子的散熱問(wèn)題。6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)3功率晶體管的工作特點(diǎn)擔(dān)任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱(chēng)為功放管，一般由晶體三極管來(lái)?yè)?dān)任，近些年來(lái)，隨著場(chǎng)效應(yīng)管制造工藝的提高，功放管已經(jīng)被場(chǎng)效應(yīng)管所取代，因?yàn)閳?chǎng)效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動(dòng)功率。4功率放大器的分析方法在大信號(hào)情況下，微變等效電路分析法已不再適用。在工程上常采用圖解分析法。請(qǐng)參考其它書(shū)籍。6.1功率

6、放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.16.1.1功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)功放電路的任務(wù)與技術(shù)指標(biāo)5使用功率晶體管需要注意的幾個(gè)問(wèn)題(1) 功率管的散熱問(wèn)題圖為某功率管的最大輸出功率和工作環(huán)境溫度的關(guān)系(PCMTa)曲線(xiàn)。(2)功率管的安全使用為了確保功率管的安全使用，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，應(yīng)使管子工作于其伏安特性的安全區(qū)內(nèi)，盡量減少電路產(chǎn)生過(guò)壓和過(guò)流的可能性。功率管的最大輸出功率和環(huán)境溫度關(guān)系6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管1復(fù)合管的組成復(fù)合管是由兩個(gè)或兩個(gè)以上的三極管按照一定的連接方

7、式組成一只等效的三極管?；疽?guī)律是：前面的一支為小功率管，后面的一支為大功率管；復(fù)合管的組成必須滿(mǎn)足基爾霍夫的節(jié)點(diǎn)電流定律。由兩只三極管組成的四種類(lèi)型的復(fù)合管6.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管2復(fù)合管的特點(diǎn)(1)復(fù)合管的類(lèi)型與組成復(fù)合管的第一只三極管的類(lèi)型相同。在合理連接的條件下，若第一只三極管的類(lèi)型為 PNP 型，則復(fù)合管的類(lèi)型也為 PNP 型；若第一只三極管的類(lèi)型為 NPN 型，則復(fù)合管的類(lèi)型也為NPN型。(2)復(fù)合管的電流放大系數(shù)近似等于組成該復(fù)合管的各三極管 值的乘積，即： 216.1功率放大電路的任務(wù)及功率晶

8、體管的特點(diǎn)功率放大電路的任務(wù)及功率晶體管的特點(diǎn)6.1.26.1.2復(fù)合管復(fù)合管3復(fù)合管的作用(1)對(duì)信號(hào)源提供電流的要求降低。功率放大電路的輸出電流比較大，要求提供給功率管基極的推動(dòng)電流也比較大。(2)實(shí)現(xiàn)異型管子的配對(duì)有的功率放大電路要求功率管為一對(duì)參數(shù)基本相同但管型不同的異型管，而異型大功率管往往很難實(shí)現(xiàn)參數(shù)的一致。異型功率管的配對(duì)6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.16.2.1變壓器耦合功率放大電路變壓器耦合功率放大電路傳統(tǒng)的功率放大電路常常采用變壓器耦合方式的功率放大電路。如圖所示。功率放大電路采用變壓器耦合方式的主要優(yōu)點(diǎn)是便于實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，有利于信號(hào)的最大傳輸。但變

9、壓器體積龐大，比較笨重，消耗有色金屬，而且其低頻和高頻特性不好，在引入負(fù)反饋時(shí)還容易產(chǎn)生自激。變壓器耦合乙類(lèi)推挽功率放大電路6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路1OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路(1) 電路組成 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路(2)工作原理當(dāng)ui=0時(shí)，VT1VT2均處于零偏置，兩管的基極電流IBQ0，集電極電流ICQ0,輸出電壓uo=0，此時(shí)管子不消耗功率。在有正弦信號(hào)ui輸

10、入時(shí)：在信號(hào)ui的正半周，VT2因發(fā)射結(jié)反偏而截止，VT1因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，此時(shí)正電源VCC通過(guò)V1向RL提供電流ic1，輸出電壓uoui。在信號(hào)ui的負(fù)半周，TV1因發(fā)射結(jié)反偏而截止，VT2因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，此時(shí)負(fù)電源VTEE通過(guò)VT2向RL提供電流ic2，輸出電壓uoui。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路2OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路主要性能指標(biāo)的估算(1) 輸出功率在OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路中，若輸入信號(hào)的幅度足夠大，其最大不失真輸出電壓的幅度要受三極管飽和壓降的影響，故最大不失真輸出電壓的幅度

11、為：OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路的最大輸出功率為：CCsatCECCommVUVU)(LCCLsatCECCLommommommomRVRUVRUIUP2222122)(26.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路(2) 直流電源提供的直流功率由于每個(gè)管子只在半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)，故每個(gè)管子的集電極電流平均值為電路中正負(fù)電源所提供的總功率為：021)(sin21cmcmCCIttdIIILCCLsatCECCCCcmCCCCCDCRVRUVVIVVIP2)(12)(2226.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)

12、6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路(3) OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的效率可以算出，乙類(lèi)功放的最大理論效率為：CComDCoVUPP4%5 .78444)(CCsatCECCCCommmVUVVU由于功率管的飽和壓降和元件損耗等因素，乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)放大電路的效率僅能達(dá)到60左右。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路(4) 管耗OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路中，每只功率管的管耗為：可見(jiàn)功率管的管耗與輸出電壓的幅度有關(guān)。)22(21)(21221LomLomCCoDCCCRURUVPP

13、PPommCmCPPP2 . 021可以看出：當(dāng)電路的輸出功率最大時(shí)，三極管的管耗并不是最大，這也正是功放管可以工作在極限值的原因之一。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路3OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路中功率管的選擇管子的集電極發(fā)射極反向耐壓、最大集電極電流和最大輸出功率要滿(mǎn)足下列關(guān)系：ommComLCCmCCMCCCEOBRPPPRVIIVU2 . 0211)(6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路4OCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率

14、放大電路中信號(hào)的交越失真OCL甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.2 6.2.2 OCLOCL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路UBE擴(kuò)大電路在OCL甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路中常用的偏置電路還有UBE擴(kuò)大電路，如圖所示。只要調(diào)節(jié)電路中的電阻R1和R2的比值便可滿(mǎn)足電路中對(duì)偏置電壓的需要。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路1. OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路的電路組成如圖所示，為典型的OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路6.2功放電路

15、的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路2. OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路的特點(diǎn)OTL（沒(méi)有輸出變壓器）互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路與變壓器耦合功率放大電路及OCL功率放大電路相比，其主要特點(diǎn)是： 沒(méi)有輸出變壓器；只用一路直流電源VCC；用電容C代替了OCL電路中負(fù)電源的作用。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路3OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的工作原理靜態(tài)時(shí)，調(diào)整電阻的值，使兩管的發(fā)射極電位為 ，則電容兩端的電壓也為 。導(dǎo)通時(shí)則依靠電容上所充的

16、電壓供電。調(diào)節(jié)電阻的阻值，可以有一定的靜態(tài)電流，用來(lái)保證功率管工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)，從而消除交越失真。動(dòng)態(tài)時(shí)，在輸入信號(hào)的正半周，此時(shí)的直流電壓提供電流，且向電容充電。在輸入信號(hào)的負(fù)半周，截止，導(dǎo)通，此時(shí)電容兩端的電壓 向提供電流。6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路 4OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路主要性能指標(biāo)的估算6.2功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.3 6.2.3 OTLOTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式功率放大電路 4OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路主要性能指標(biāo)的估算6.2功放電路的類(lèi)型和特

17、點(diǎn)功放電路的類(lèi)型和特點(diǎn)6.2.4 6.2.4 采用復(fù)合管的功放電路采用復(fù)合管的功放電路由復(fù)合管組成的甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器除具有一般集成電路的特點(diǎn)外，還具有溫度穩(wěn)定性好、電源利用率高、功耗低、非線(xiàn)性失真小等優(yōu)點(diǎn)。有時(shí)還將各種保護(hù)電路如過(guò)流保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)等電路集成在芯片內(nèi)部，使集成功率放大器的使用更加安全可靠。集成功放的種類(lèi)很多，從用途上分，有通用型功放和專(zhuān)用型功放；從芯片內(nèi)部的電路構(gòu)成劃分，有單通道功放和雙通道功放；從輸出功率來(lái)分，有小功率功放和大功率功放等。6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.

18、16.3.1LM386LM386小功率通用型集成功放小功率通用型集成功放LM386集成功率放大電路6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.2 6.3.2 TDA2616/QTDA2616/Q中功率集成功率放大電路中功率集成功率放大電路TDA2616/Q中功率集成功放及其應(yīng)用6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.3 6.3.3 “ “傻瓜傻瓜”型集成功放型集成功放1006型“傻瓜功放”模塊及其應(yīng)用6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.4 6.3.4 BTLBTL功率放大器功率放大器BTL電路的原理圖1. 電路的組成BTL功率放大電路是在OCL、OTL功率放大電路的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，它可以在電源電壓較低的情況下輸出較大的功率。6.3集成功率放大器及其應(yīng)用集成功率放大器及其應(yīng)用6.3.4 6.3.4 BTLBTL功率放大器功率放大器BTL電路結(jié)構(gòu)圖2. 工作原理6.3集成