項目9功放電路

1、項目九 功率放大電路及應(yīng)用 9.2集成功放及其應(yīng)用9.1功率放大電路 電壓放大電路均屬小信號放大電路，它們主要用于增強信號的電壓或電流的幅度。實際上，很多電子設(shè)備的輸出要帶動一定的負(fù)載，如：驅(qū)動揚聲器，使之發(fā)出聲音；驅(qū)動電表，使其指針偏轉(zhuǎn)；控制電機工作等，這就要求放大電路要向負(fù)載提供足夠大的信號功率。 能輸出信號功率足夠大的電路就是功率放大電路，簡稱功放。9.1.1功率放大電路的任務(wù)及功放管的特點9.1 功率放大電路 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9.2所示。前置放大器的主要任務(wù)是不失真地提高輸入信號的電壓或電流的幅度，而功率放大器的任務(wù)是在信號失真允許的范圍內(nèi)，盡可

2、能輸出足夠大的信號功率，即不但要輸出大的信號電壓，還要輸出大的信號電流，以滿足負(fù)載正常工作的要求。1、功率放大電路的任務(wù)：圖9.2放大器組成方框圖 擔(dān)任功率放大的晶體管習(xí)慣上稱為功放管，一般由晶體三極管來擔(dān)任，近些年來，隨著場效應(yīng)管制造工藝的提高，許多功放管已經(jīng)被場效應(yīng)管所取代，因為場效應(yīng)管不需要太大的驅(qū)動功率。在電路中，功放管都工作在接近于管子參數(shù)的極限狀態(tài)，故選擇功放管時要注意不要超過管子的極限參數(shù)，并且要留有一定的余量，同時要考慮在電路中采取必要的過流保護、過壓保護措施，還要解決好管子的散熱問題。在電路中，廣泛使用復(fù)合管作為功放管。1) 輸出功率盡可能大2、功放電路的主要指標(biāo) 功放電路根

3、據(jù)負(fù)載要求向負(fù)載提供的有用信號功率。一般對功率放大器都用最大輸出功率來衡量它的放大能力。最大輸出功率是指在輸入信號為正弦波時，電路的輸出波形不超過規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時，放大器的最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的乘積。2) 效率要高POPE100%=交流輸出功率直流電源功率100%= 放大電路提供給負(fù)載的功率是由直流電源提供的。放大電路的效率定義為放大電路輸出給負(fù)載的交流功率與直流電源所提供的功率之比： 當(dāng)直流電源所提供的功率一定時，為了向負(fù)載提供盡可能大的信號功率，則必須減少功率放大電路自身的損耗。3) 非線性失真要小 由于在功率放大電路中，三極管的工作點在大范圍內(nèi)變動，輸出波形的非線性失真

4、比小信號放大電路要嚴(yán)重得多。在實際的功率放大電路中，應(yīng)根據(jù)負(fù)載的要求來規(guī)定允許的信號失真范圍。 功放電路中直流電源提供的功率除了供給負(fù)載外，其它部分主要被功放管所消耗，這部分功率稱為管耗：4）管耗：3使用功放管需要注意的幾個問題 功放管的作用是把直流電源的能量按照輸入信號的變化規(guī)律傳送給負(fù)載。電路工作在大信號情況下，功放管的管耗較大，必需考慮其散熱問題。又由于功放管處于大電流、高電壓狀態(tài)，故需考慮其安全和保護問題。 功放管的集電極損耗導(dǎo)致管子發(fā)熱，結(jié)溫上升。當(dāng)結(jié)溫超過允許值時（硅管約150oC，鍺管約100 oC），晶體管將會損壞。為了使放大器能輸出大的功率且功放管又不致?lián)p壞，需給功放管安裝散

5、熱片，以散發(fā)集電極產(chǎn)生的熱量，必要時還需要采用風(fēng)冷、水冷、油冷等方法來進行散熱。（1）功放管的散熱問題 為了確保功放管的安全使用，在設(shè)計電路時，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)生過壓和過流的可能性。其次要采取適當(dāng)?shù)倪^壓保護和過流保護電路。為了防止感性負(fù)載使電路產(chǎn)生過壓或過流，可在感性負(fù)載的兩端并聯(lián)阻容網(wǎng)絡(luò)。（2）功放管的安全使用 功率放大電路按照功放管靜態(tài)工作點的不同，可分為甲類、乙類和甲乙類，在高頻功放中還有丙類和丁類之分。9.1.2功放電路的類型1. 按照功放管靜態(tài)工作點分類 甲類功放的三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)的中間，所以在輸入信號的整個周期內(nèi)，管子中都有電流流過。甲類

6、放大電路的優(yōu)點是失真小，缺點是管耗大，效率低，它主要用于小功率放大電路中。電壓放大電路由于信號比較小，實際上都工作在甲類放大狀態(tài)。 乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在放大區(qū)與截止區(qū)的交線上，在輸入信號的一個周期內(nèi)，管子只在半個周期內(nèi)有電流流過，顯然，乙類放大電路需要兩個管子分別對信號的正負(fù)半周進行放大，才能完成對信號的放大。 甲乙類功放的三極管其靜態(tài)工作點在靠近截止線的放大區(qū)內(nèi)，在信號的一個周期內(nèi)，管子有半個多周期內(nèi)有電流流過，顯然，甲乙類放大電路也需要兩個管子才能完成對信號的放大。三種功放的工作狀態(tài)tuCEiCiCIB=0Q002)乙類工作狀態(tài)3)甲乙類工作狀態(tài)1)甲類工作狀態(tài)tuCEiCiCQ

7、00IB=0tuCEiCiCQ00IB=0tiCO IcM2ICQtiCO IcM2ICQtiCO IcMICQ2乙類工作狀態(tài)( = )失真大，靜態(tài)電流為零 ，管耗小，效率高。甲乙類工作狀態(tài) ( 0.2 PomU(BR)CEO 2VCCICM VCC / RLRLT1T2+VCC+ui+uoVCC2VCC - UCESUCES三 OCL電路的輸出功率與效率例 1： 已知：VCC = 24 V，RL = 8 ，忽略 UCES 求 Pom 以及此時的 PDC、PT1， 并選管。解PDC =2V 2CC / RL= 45.9 (W)+ui+uoRLT1T2+VCCVCCUCE+-= 4.9 (W)U

8、(BR)CEO 48 VICM 24 / 8 = 3 (A)選功率管：PCM = 10 15 WU(BR)CEO = 60 100 VICM = 5 A例 2： 已知：VCC = 12 V，RL = 8 ，UCES=2V。 1）求 Pom 、以及此時的 PDC、PT1， 并選管 2）計算=0.6時的Po解PDC=2VCC (VCC-UCES ) / RL= 9.55 (W)+ui+uoRLT1T2+VCCVCCUCE+-U(BR)CEO 24 VICM 12 / 8 = 1.5 (A)選功率管：PCM = 5 WU(BR)CEO = 30 VICM = 3A設(shè)置靜態(tài)偏置消除交越失真 偏置電路:

9、二極管D1 、 D2電阻R1 、 R2和電位器RP+ VccVEEuoT1T2RLB1B2uiR1RPD1D2R22UBE9.1.4 改進型OCL電路一 甲乙類互補對稱功率放大電路電路1：tiC0 ICQ1ICQ2當(dāng) ui = 0 時，T1、T2 微導(dǎo)通1）當(dāng) ui 0 (由小到大到小變化時) T1 微導(dǎo)通 充分導(dǎo)通 微導(dǎo)通； T2 微導(dǎo)通 截止 微導(dǎo)通。2）當(dāng) ui 0 (由大到小到大變化時) T2 微導(dǎo)通 充分導(dǎo)通 微導(dǎo)通； T1 微導(dǎo)通 截止 微導(dǎo)通。 一 甲乙類互補對稱功放+ VccVEEuoT2RLB1B2ui2UBET19.1.4 改進型OCL電路二 甲乙類互補對稱功率放大電路T5

10、 給 T1、T2 提供靜態(tài)電壓，同時對ui進行放大RL RT3T4V1T2+VCC+ui+uoVEET5電路2：帶推動級的互補對稱功放克服交越失真的偏置電路T1T2T3R2R1UBE的倍增電路9.1.4 改進型OCL電路9.1.4 改進型OCL電路甲乙類互補對稱功率放大電路電路3： T4RL+VCC+uo T1T2T3VEE R*1 R2 R3 R4推動級UBE倍增電路功率和效率計算方法： 由于甲乙類互補對稱功率放大電路的靜態(tài)電流很小，其工作原理與分析方法與乙類功率放大電路近似相同。 對于甲乙類互補對稱功率放大電路的輸出功率與效率計算，仍然可以使用乙類功率放大電路的計算公式，這樣做計算過程簡單

11、，誤差也不是很大。9.1.4 改進型OCL電路二 甲乙類互補對稱功率放大電路三 準(zhǔn)互補對稱放大電路1. 復(fù)合管(達林頓管)目的：實現(xiàn)管子參數(shù)的配對 ib1(1 + 1) ib1(1 + 1) ib1(1 + 2)= (1 + 1 + 2+ 12) ib1 1 2 rbe= rbe1+ (1 + 1) rbe22(1+1) ib11 ib1ibicie(1 + 2 + 12) ib1T1T2在串接點，必須保證兩管電流方向的一致和連續(xù)（實際電流方向不沖突）2. 在并接點，必須保證兩管電 流同時流入接點或同時流出 接點。3. 必須保證復(fù)合管中每個管子 都工作在放大區(qū)4. 復(fù)合管的類型與第一只 管子相

12、同。復(fù)合管的構(gòu)成規(guī)則：三 準(zhǔn)互補對稱放大電路并接點串接點T1T2NPN + NPNNPNT1T2PNP + PNPPNPT1T2NPN + PNPNPNT1T2PNP + NPNPNP一些常見的復(fù)合管準(zhǔn)互補對稱放大電路NPN PNP四 輸出電流的保護R3和R4的作用：彌補準(zhǔn)互補管的不對稱；輸出電流取樣D1和D2的作用：正常情況下截止；過流時導(dǎo)通限流；練習(xí)：9.2集成功放及其應(yīng)用 引言 9.2.2 DG810 集成功放及其應(yīng)用 9.2.3 TD2040 集成功放及其應(yīng)用 9.2.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用組成：前置級、中間級、輸出級、偏置電路特點：輸出功率大、效率高有過流、過壓、過熱保護引

13、言9.2.1 LM386 集成功放及其應(yīng)用1. 典型應(yīng)用參數(shù)：直流電源：4 16 V額定功率：660 mW帶 寬：300 kHz輸入阻抗：50 k12348765引腳圖2. LM386 集成功放內(nèi)部電路1. 8 開路時， Au = 20(負(fù)反饋最強)1. 8 交流短路 Au = 200(負(fù)反饋最弱)電壓串聯(lián)負(fù)反饋V1、V6 ：射級跟隨器,高 RiV3、V5：恒流源負(fù)載V2、V4：雙入單出差分電路V7 V12：功率放大電路V7 為驅(qū)動級(I0 為恒流源負(fù)載)V11、V12 用于消除交越失真V8、V10 構(gòu)成 PNP 準(zhǔn)互補對稱2. LM386 內(nèi)部電路 LM3861234785RPC1C2C3C

14、4C5C610 F36 k10 F100 F220 F0.1 F8 10 .047 F+VCC6輸出電容(OTL)頻率補償，抵消電感高頻的不良影響防止自激等調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)3. LM386典型應(yīng)用電路 TDA2616/Q是PHILIPS公司生產(chǎn)的具有靜噪功能的12W雙聲道高保真功率放大器，主要用于對音頻信號的放大，多用在立體聲錄音機中。 TDA2616/Q采用9腳單列直插式封裝，各引腳功能見圖9.12（a）所示。其中2腳為靜音控制端，當(dāng)該腳接低電平時，TDA2616/Q處于靜音狀態(tài)，輸出端停止輸出；2腳接高電平時，TDA2616/Q處于工作狀態(tài)。9.2.2 TDA2616/Q中功率集成功率放大

15、電路 TDA2616/Q的最大輸出功率為15W，失真度不大于0.2%。TDA2616/Q既可以使用單電源供電，也可采用雙電源供電，這是它的一個特點，非常分別使用。采用單電源供電時的應(yīng)用電路如圖9.12（b）所示，這時電路構(gòu)成了OTL電路；采用雙電源供電時的應(yīng)用電路如圖9.12（c）所示，這時電路構(gòu)成了OCL電路。當(dāng)然兩種形式的電路其輸出功率是不同的。9.2.3 DG810 集成功放 標(biāo)準(zhǔn)音頻功率放大功率大、噪聲小、頻帶寬、工作電源范圍寬、有保護電路輸出電容輸入偏置交流負(fù)反饋自舉電容頻率補償，防自激等VCC = 15 V 時輸出功率 6 W+VCCuiC9R1R4C2DG81011294785C

16、1C8C7C4C5C65 F100 k.01 F100 F1000 pF0.1 F4 56 4 700 pF10100 F100 F100 R3R21000 F100 FC101 電源濾波9.2.4 TD2040 集成功放及其應(yīng)用 特點：輸出短路保護、自動限制功耗、有過熱關(guān)機保護參數(shù)：直流電源： 2.5 20 V開環(huán)增益：80 dB功率帶寬：100 kHz輸入阻抗：50 k輸出功率：22 W (RL = 4 )雙電源(OTL)應(yīng)用電源濾波頻率補償防自激等輸出功率可大于 15 W交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋R1C2220 k680 22 FR3R2ui12435C1C7C3C4C5C61 F22 k220

17、 F220 F0.1 F4 5+VCC(16 V)20400.01 F0.1 F-VEE(-16 V)R4大電容濾除低頻成分小電容濾除高頻成分1. 功率管的工作類型類別特點Q 點波 形甲類無失真Q 較高ICQ 較大Q 較高甲乙類有失真效率高ICQ 小Q 較低乙類失真大效率最高ICQ = 0 Q 最低tiCO ICQiCO ICQttiCO ICQ小 結(jié)OCLOTL優(yōu)點缺點 主要公式結(jié)構(gòu)簡單，效率高，頻率響應(yīng)好，易集成結(jié)構(gòu)簡單，效率高，頻率響應(yīng)好，易集成，單電源雙電源，電源利用率不高輸出需大電容，電源利用率不高最大輸出功率直流電源消耗功率效率最大管耗2. OCL 和 OTL 功放電路的特性 功率放大器的任務(wù)是向負(fù)載提供符合要求的交流功率，因此主要考慮的是失真度要小，輸出功率要大，三極管的損耗要小，效率要高。主要技術(shù)指標(biāo)是輸出功率、管耗、效率、非線性失真等。 提高功率放大電路輸出功率的途徑是提高直流電源電壓，應(yīng)選用耐壓高、允許工