教學第7章-低頻功率放大器課件

第7章低頻功率放大器

通過本章學習，你可以掌握以下內(nèi)容：1．低頻功率放大電路的主要形式；2．實用的OTL、OCL和BTL功率放大電路；3．集成功率放大器的應用。

第7章低頻功率放大器

通過本章學習，你可以掌握以下內(nèi)容：17.1概述

推動一個實際負載需要的功率較大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。圖7.1功率放大器的應用7.1概述

推動一個實際負載需要的功率較大。能輸出較大功27．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（1）最大輸出功率功率放大器提供給負載信號功率的大小為功放的輸出功率。最大輸出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率。（3）非線形失真互調(diào)失真等等來描述（這些指標的詳細含義請參照有交高保真音響的資料）。（4）安全功率放大器的輸出管工作在高電壓、大電流，工作溫度高，因此，在電路設計中必須充分考慮功率放大管的安全。7．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（2）效率（33

7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導通角θ=360°，甲類放大器常用于電壓放大。乙類狀態(tài)，導通角θ=180°，功率放大器。甲乙類狀態(tài)，180°<θ<360°，功率放大器。丙類狀態(tài)，θ<180°，用于發(fā)射機中的諧振功率放大器。圖7.2四類功放的工作狀態(tài)示意圖7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導通角θ=47．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點是效率低下。原因主要是甲類放大器在無信號時也必須供給很大的工作點電流。圖7.4甲類放大器的最佳工作點7．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點是效率低下。原57．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大器圖7.5無輸出變壓器（OTL）的功率放大器當ui>0時，V1管導通，電流如圖中實線所示，VCC通過V1和RL對C進行充電，uo≈ui；當ui<0時，V2管導通，電流如圖中虛線所示，C通過V2和RL進行放電，uo≈ui；電路輸出電壓跟隨輸入電壓。由于iRL=βiB，輸出電流iRL增大了，輸出功率就提高了。7．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大62.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）的功率放大器靜態(tài)時，ui=0，V1和V2均截止，輸出電壓為零。輸入為正弦波，當ui>0時，V1管導通，V2管截止，正電源供電，電流如圖中實線所示uo≈ui；當ui<0時，V2管導通，V1管截止，電流如圖中虛線所示，由uo≈ui。兩只管子交替工作方式稱為“互補”工作方式。2.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）73.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當ui>0時，V1和V4管導通放大，V2和V3管截止，負載上uo獲得正半周電壓；當ui<0時，V2和V3管導通放大，V1和V4管截止，負載上uo獲得負半周電壓。3.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當87．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號轉(zhuǎn)換成脈寬變化的脈沖波的形式輸出，再由脈沖放大器放大輸出，然后通過低通濾波電路還原成音頻信號。效率可以做得很高。2.D類功率放大器由調(diào)制器、開關(guān)輸出電路、低通濾波器組成。圖7.8D類功率放大器的典型結(jié)構(gòu)7．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號97．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理圖7.10橋式開關(guān)輸出和低通濾波器7．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理10單管功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)；D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)小結(jié)單管功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；小117.2互補對稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工作原理(a)基本互補對稱電路（b）三極管的輸入特性（c）交越失真現(xiàn)象圖7.9OCL中的交越失真缺點：會產(chǎn)生交越失真7.2互補對稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工127.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實用的OCL功率放大器靜態(tài)時，由于增加了R2、D1、D2的存在，兩只管子均處于臨界導通或微導通態(tài)。調(diào)節(jié)R2可改變這兩個管子的靜態(tài)工作點。工作時，兩個管的導通時間都比輸入信號的半個周期長，從而解決交越失真的問題，這種電路稱為工作在甲乙類狀態(tài)7.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實用的O137.2.2OCL電路的輸出功率與效率

最大輸出功率則供電電流平均功率轉(zhuǎn)換效率7.2.2OCL電路的輸出功率與效率

平均功率轉(zhuǎn)換效率147.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降V1管子要承受的最大管壓降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗損耗即功放管集電極最大功耗PCM為理想OCL最大輸出功率的五分之一。2．集電極最大電流7.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降3．最大功耗損耗157.2.4功率放大器的安全運行

方法：功放管的C-E間加過壓保護，裝限流電阻，考慮散熱。圖7.11三極管管芯的散熱（a）管芯散熱模型（b）熱阻等效電路圖7.12兩種散熱器7.2.4功率放大器的安全運行方法：功放管的C-E間加過16例7．1圖7.9所示電路的負載為8Ω，晶體管飽和管壓降|UCES|=2V，試問：

（1）若負載所需最大功率為16W，則電源電壓至少應取多少伏？

（2）若電源電壓取20V，則晶體管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大功耗各為多少？

解：（1）根據(jù)（2）最大不失真輸出電壓的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶體管電極最大功耗晶體管集電極最大電流最大管壓降例7．1圖7.9所示電路的負載為8Ω，晶體管飽和管壓降|U17§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析1、LM386圖7.14LM386的外形和引腳排列圖圖7.15LM386典型應用§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析182、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路IC1構(gòu)成同相放大器，IC2構(gòu)成反相放大器；ui由IN端經(jīng)C1隔直耦合后輸入到IC1，經(jīng)放大后從④腳輸出，IC2的輸入信號由IC1的輸出通過R7經(jīng)C5耦合輸入，IC2構(gòu)成放大倍數(shù)為1的反相放大器。2、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路192、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電路當電源電壓為±14V、負載為8Ω時，單個TDA2030構(gòu)成典型的OCL電路輸出功率為11W。2、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電207.3.2集成功率放大電路的主要性能指標表7.1TDA2030A極限參數(shù)參數(shù)電源電壓Vcc輸出峰值電流max允許功耗PD極限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要參數(shù)（溫度為25°C）參數(shù)名稱符號測試條件最小值典型值最大值單位靜態(tài)電流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA電源電壓VCC±10±22V電壓增益GVO開環(huán)80dBGVC閉環(huán)25.5210210.5dB輸出功率POf=40Hz.15kHz1518W諧波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大電路的主要性能指標表7.1TDA21小結(jié)1.功率放大器用于推動一個需要較大功率的負載。衡量功率放大器的性能主要從最大輸出功率、效率、非線形失真、安全、頻率響應、信噪比等方面來衡量。2.單管甲類功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)，它們各有優(yōu)缺點。OTL采用單電源供電，但有輸出電容；OCL采用雙電源供電，無輸出電容；BTL可以采用單電源也可以采用雙電源供電，同樣的供電電壓下，可以有更大的輸出幅值。而D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器選用時主要考慮輸出功率、供電電壓等指標就可選擇合適的集成功率放大器。小結(jié)1.功率放大器用于推動一個需要較22實驗八集成功率放大器的安裝與測試一、實驗目的1、掌握集成功率放大器外圍電路元件參數(shù)的選擇和集成功率放大器的使用方法。2、掌握功率放大電路的調(diào)整和指標測試。3、認識OTL功率放大電路的工作特點。三、實驗原理實驗電路參照圖7.15，工作原理參照相關(guān)分析。二、實驗儀器雙蹤示波器、函數(shù)發(fā)生器、晶體管毫伏表、數(shù)字萬用表、直流穩(wěn)壓電源、LM386功率放大器實驗八集成功率放大器的安裝與測試一、實驗目的三、實驗原231、按圖7.15安裝實驗電路，負載RL=8Ω。檢查無誤后，才可以接入直流穩(wěn)壓電源EC=+6V，進行測試。3．測量最大不失真功率Pom在放大器的輸入端接入頻率為400Hz的正弦信號，ui置最??；在放大器的輸出端接上示波器和晶體管毫伏表，逐漸加大ui，使示波器顯示出最大不失真波形，用示波器測出輸出電壓幅值Uom，然后計算最大不失真功率：2、用萬用表測量LM386各引腳對地的直流電壓。檢查輸出端電壓是否符合正常要求，將測量結(jié)果填入表1中。四、實驗內(nèi)容1、按圖7.15安裝實驗電路，負載RL=8Ω。檢查無誤后，才244．測量功率放大器的效率η用萬用表的直流電流檔測量直流穩(wěn)壓電源的輸出電流I。穩(wěn)壓電源的輸出功率：PE=IVS功率放大器的效率：5．測量電壓增益在輸入端輸入頻率為1000Hz、Ui=5mV的正弦信號。在不失真的情況下，用毫伏表測量輸出電壓uo。電壓增益Au=uo/ui。

6、測量功率增益四、實驗內(nèi)容4．測量功率放大器的效率η5．測量電壓增益6、測量功率增益251、畫出實驗電路圖，標明元件值，說明各元件的作用。2、記錄測試數(shù)據(jù)并說明是否正常。3、說明電壓增益、功率增益有什么不同。五、實驗報告要求1、畫出實驗電路圖，標明元件值，說明各元件的作用。五、實驗報26設計一套便攜式擴音系統(tǒng)，要求采用電池供電、重量輕、盡可能高效率、輸出功率盡可能大。六、想想做做設計一套便攜式擴音系統(tǒng)，要求采用電池供電、重量輕、盡可能高效27第7章低頻功率放大器

通過本章學習，你可以掌握以下內(nèi)容：1．低頻功率放大電路的主要形式；2．實用的OTL、OCL和BTL功率放大電路；3．集成功率放大器的應用。

第7章低頻功率放大器

通過本章學習，你可以掌握以下內(nèi)容：287.1概述

推動一個實際負載需要的功率較大。能輸出較大功率的放大器稱為功率放大器。圖7.1功率放大器的應用7.1概述

推動一個實際負載需要的功率較大。能輸出較大功297．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（1）最大輸出功率功率放大器提供給負載信號功率的大小為功放的輸出功率。最大輸出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大輸出功率與電源所提供的功率之比稱為效率。（3）非線形失真互調(diào)失真等等來描述（這些指標的詳細含義請參照有交高保真音響的資料）。（4）安全功率放大器的輸出管工作在高電壓、大電流，工作溫度高，因此，在電路設計中必須充分考慮功率放大管的安全。7．1．1功率放大電路的要求功率放大器的性能（2）效率（330

7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導通角θ=360°，甲類放大器常用于電壓放大。乙類狀態(tài)，導通角θ=180°，功率放大器。甲乙類狀態(tài)，180°<θ<360°，功率放大器。丙類狀態(tài)，θ<180°，用于發(fā)射機中的諧振功率放大器。圖7.2四類功放的工作狀態(tài)示意圖7．1．2功率放大器工作狀態(tài)的分類

甲類狀態(tài)，導通角θ=317．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點是效率低下。原因主要是甲類放大器在無信號時也必須供給很大的工作點電流。圖7.4甲類放大器的最佳工作點7．1．3單管甲類功率放大器甲類功放的最大缺點是效率低下。原327．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大器圖7.5無輸出變壓器（OTL）的功率放大器當ui>0時，V1管導通，電流如圖中實線所示，VCC通過V1和RL對C進行充電，uo≈ui；當ui<0時，V2管導通，電流如圖中虛線所示，C通過V2和RL進行放電，uo≈ui；電路輸出電壓跟隨輸入電壓。由于iRL=βiB，輸出電流iRL增大了，輸出功率就提高了。7．1．4乙類功率放大器

1.無輸出變壓器的功率放大332.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）的功率放大器靜態(tài)時，ui=0，V1和V2均截止，輸出電壓為零。輸入為正弦波，當ui>0時，V1管導通，V2管截止，正電源供電，電流如圖中實線所示uo≈ui；當ui<0時，V2管導通，V1管截止，電流如圖中虛線所示，由uo≈ui。兩只管子交替工作方式稱為“互補”工作方式。2.無輸出電容的功率放大器圖7.6無輸出電容（OCL）343.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當ui>0時，V1和V4管導通放大，V2和V3管截止，負載上uo獲得正半周電壓；當ui<0時，V2和V3管導通放大，V1和V4管截止，負載上uo獲得負半周電壓。3.橋式推挽功率放大器圖7.7橋式推挽功率放大器結(jié)構(gòu)圖當357．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號轉(zhuǎn)換成脈寬變化的脈沖波的形式輸出，再由脈沖放大器放大輸出，然后通過低通濾波電路還原成音頻信號。效率可以做得很高。2.D類功率放大器由調(diào)制器、開關(guān)輸出電路、低通濾波器組成。圖7.8D類功率放大器的典型結(jié)構(gòu)7．1．5D類功率放大器

1.D類功率放大器，將音頻信號367．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理圖7.10橋式開關(guān)輸出和低通濾波器7．1．5D類功率放大器

圖7.9調(diào)制器工作原理37單管功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)；D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)小結(jié)單管功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；小387.2互補對稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工作原理(a)基本互補對稱電路（b）三極管的輸入特性（c）交越失真現(xiàn)象圖7.9OCL中的交越失真缺點：會產(chǎn)生交越失真7.2互補對稱功率放大電路7.2.1OCL電路的組成及工397.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實用的OCL功率放大器靜態(tài)時，由于增加了R2、D1、D2的存在，兩只管子均處于臨界導通或微導通態(tài)。調(diào)節(jié)R2可改變這兩個管子的靜態(tài)工作點。工作時，兩個管的導通時間都比輸入信號的半個周期長，從而解決交越失真的問題，這種電路稱為工作在甲乙類狀態(tài)7.2.1OCL電路的組成及工作原理圖7.10實用的O407.2.2OCL電路的輸出功率與效率

最大輸出功率則供電電流平均功率轉(zhuǎn)換效率7.2.2OCL電路的輸出功率與效率

平均功率轉(zhuǎn)換效率417.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降V1管子要承受的最大管壓降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗損耗即功放管集電極最大功耗PCM為理想OCL最大輸出功率的五分之一。2．集電極最大電流7.2.3功率放大管的選擇

1．最大管壓降3．最大功耗損耗427.2.4功率放大器的安全運行

方法：功放管的C-E間加過壓保護，裝限流電阻，考慮散熱。圖7.11三極管管芯的散熱（a）管芯散熱模型（b）熱阻等效電路圖7.12兩種散熱器7.2.4功率放大器的安全運行方法：功放管的C-E間加過43例7．1圖7.9所示電路的負載為8Ω，晶體管飽和管壓降|UCES|=2V，試問：

（1）若負載所需最大功率為16W，則電源電壓至少應取多少伏？

（2）若電源電壓取20V，則晶體管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大功耗各為多少？

解：（1）根據(jù)（2）最大不失真輸出電壓的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶體管電極最大功耗晶體管集電極最大電流最大管壓降例7．1圖7.9所示電路的負載為8Ω，晶體管飽和管壓降|U44§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析1、LM386圖7.14LM386的外形和引腳排列圖圖7.15LM386典型應用§7.3集成功率放大電路7.3.1集成功率放大器電路分析452、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路IC1構(gòu)成同相放大器，IC2構(gòu)成反相放大器；ui由IN端經(jīng)C1隔直耦合后輸入到IC1，經(jīng)放大后從④腳輸出，IC2的輸入信號由IC1的輸出通過R7經(jīng)C5耦合輸入，IC2構(gòu)成放大倍數(shù)為1的反相放大器。2、TDA2030圖7.17TDA2030構(gòu)成的BTL電路462、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電路當電源電壓為±14V、負載為8Ω時，單個TDA2030構(gòu)成典型的OCL電路輸出功率為11W。2、TDA2030圖7.18TDA2030構(gòu)成的OCL電477.3.2集成功率放大電路的主要性能指標表7.1TDA2030A極限參數(shù)參數(shù)電源電壓Vcc輸出峰值電流max允許功耗PD極限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要參數(shù)（溫度為25°C）參數(shù)名稱符號測試條件最小值典型值最大值單位靜態(tài)電流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA電源電壓VCC±10±22V電壓增益GVO開環(huán)80dBGVC閉環(huán)25.5210210.5dB輸出功率POf=40Hz.15kHz1518W諧波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大電路的主要性能指標表7.1TDA48小結(jié)1.功率放大器用于推動一個需要較大功率的負載。衡量功率放大器的性能主要從最大輸出功率、效率、非線形失真、安全、頻率響應、信噪比等方面來衡量。2.單管甲類功率放大器只能應用于小功率輸出的場合；變壓器耦合乙類推挽電路、OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài)，它們各有優(yōu)缺點。OTL采用單電源供電，但有輸出電容；OCL采用雙電源供電，無輸出電容；BTL可以采用單電源也可以采用雙電源供電，同樣的供電電壓下，可以有更大的輸出幅值。而D類功率放大器輸出管工作于開關(guān)狀態(tài)，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器選用時主要考慮輸出功率、供電電壓等指標就可選擇合適的集成功率放大器