項目2-3 功率放大電路講解

2-3功率放大電路一、功率放大電路1.功率放大器的分類

功率放大電路與電壓放大電路沒有本質(zhì)上的區(qū)別。它們都是利用放大器件的控制作用，把直流電源的能量轉(zhuǎn)化為按輸入信號規(guī)律變化的交變能量輸出送給負載。所不同的是：電壓放大電路的主要任務(wù)是不失真地放大信號電壓；功率放大電路的主要任務(wù)則是使負載得到盡可能不失真的信號功率。功放電路中的晶體管稱為功率放大管，簡稱“功放管”。廣泛用于各種電子設(shè)備、音響設(shè)備、通信及自控系統(tǒng)中。(1)功率放大器按工作狀態(tài)一般可分為：①甲類放大器：這種功放的工作原理是輸出器件晶體管始終工作在傳輸特性曲線的線性部分，在輸入信號的整個周期內(nèi)輸出器件始終有電流連續(xù)流動，這種功放失真小，但效率低，約為50%，功率損耗大，一般應(yīng)用在家庭的高檔機較多。②乙類放大器：兩只晶體管交替工作，每只晶體管在信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通，另半個周期內(nèi)截止。該類功放效率較高，約為78%，但缺點是容易產(chǎn)生交越失真。③甲乙類放大器：兼有甲類放大器音質(zhì)好和乙類放大器效率高的優(yōu)點，被廣泛應(yīng)用于家庭、專業(yè)、汽車音響系統(tǒng)中。甲乙類放大器乙類放大器甲類放大器合并式放大器：將前級放大器和后級放大器合并為一臺功放，兼有前二者的功能，通常所說的放大器都是合并式的，應(yīng)用范圍較廣。2.功率放大器的特點及技術(shù)指標(biāo)(1)功率放大器的特點①由于功放電路的主要任務(wù)是向負載提供一定的功率，因而輸出電壓和電流的幅度足夠大；②由于要求輸出信號幅度大，通常使三極管工作在極限應(yīng)用狀態(tài)，即三極管工作在接近飽和區(qū)與截止區(qū)的工作狀態(tài)，因此輸出信號存在一定程度的失真。③功率放大電路在輸出功率的同時，三極管消耗的能量也較大，因此三極管的管耗不能忽視。④功率放大電路工作在大信號運用狀態(tài)，因此只能采用圖解法進近估算。(2)功率放大器的技術(shù)要求

由于功放的上述特點，因此實用中對功率放大器有一定的技術(shù)要求。（1）效率盡可能高（2）具有足夠大的輸出功率（3）非線性失真盡可能?。?）散熱條件要好

功放通常工作在大信號情況下，所以輸出功率和功耗都較大，效率問題突顯。我們期望在允許的失真范圍內(nèi)盡量減小損耗。

為獲得最大的功率輸出，要求功放管工作在接近“極限運用”狀態(tài)。選用時應(yīng)考慮管子的三個極限參數(shù)ICM、PCM和U(BR)CEO。

處于大信號工況下的管子不可避免地存在非線性失真。但應(yīng)考慮在獲得盡可能大的功率輸出下將失真限制在允許范圍內(nèi)。

功放管工作在“極限運用”狀態(tài)，因而造成相當(dāng)大的結(jié)溫和管殼溫升。散熱問題應(yīng)充分重視，應(yīng)采取措施使功放管有效地散熱。動畫，點擊，確定電子課動畫集\41功放效率.swfOCL原理電路與波形二、

乙類互補對稱功率放大器

（一）基本電路結(jié)構(gòu)與工作原理

1.電路結(jié)構(gòu)。2.工作原理

由圖可知，靜態(tài)時，由于基極沒有偏置IBQ=0，ICQ=0，VT1、VT2處于截止?fàn)顟B(tài)。動態(tài)時，ui為正半周，VT1管導(dǎo)通，VT2管截止，產(chǎn)生電流ic1自上而下流經(jīng)負載RL，形成輸出電壓uo的正半周。

ui為負半周時，VT1管截止，VT2管導(dǎo)通，產(chǎn)生電流ic2自下而上流經(jīng)負載RL，形成輸出電壓uo的負半周。所以當(dāng)ui變化一個周期時，VT1、VT2管輪流導(dǎo)通，在輸出端獲得完整的輸出電壓波形。

1）功率計算

Po等于負載RL上的電壓有效值Uo與電流有效值Io的乘積。設(shè)Uom為輸出電壓幅值，Iom為輸出電流幅值。設(shè)Uomax為輸出最大電壓幅值，則輸出功率的一般表示式為，

2）效率計算推導(dǎo)忽略，電源提供的最大功率經(jīng)分析知：輸出功率與電源提供的功率之比稱為電路的效率。在理想情況下，電路的最大效率為：

3.大功率三極管的極限參數(shù)選取理論分析表明，乙類互補對稱放大電路中功率三極管的極限參數(shù)可按以下公式選?。鹤畲笮蕦嶋H上達不到。有管子壓降等原因。4.實用OCL電路

OCL互補對稱電路為了消除乙類互補對稱電路的交越失真，通常給兩個互補管的發(fā)射結(jié)設(shè)置一個略大于死區(qū)電壓的直流正向偏壓，使兩管在靜態(tài)時處于微導(dǎo)通。圖所示的電路就是利用二極管VD1，VD2的直流導(dǎo)通壓降作為功放管VT2，VT3的基極偏壓來克服交越失真，這種工作方式稱為甲乙類放大。VT1組成前置放大級，給輸出功放級提供足夠大的驅(qū)動電壓電流。二極管VD上的交流壓降很小可以忽略。甲乙類功放技術(shù)指標(biāo)的計算方法和乙類功放相同。動畫電子課動畫集\47交越失真.swf【例】在上頁圖所示電路中，已知，，VT2和VT3管的飽和管壓降，輸入電壓足夠大。試問：（1）最大輸出功率和功放效率η各為多少？（2）功放晶體管的最大功耗至少應(yīng)為多少？解：（1）要考慮題目給出的飽和壓降，實際最大輸出功率;

效率（2）忽略飽和管壓降。三、

OTL互補對稱放大電路

互補對稱電路是集成功率放大電路輸出級的基本形式。當(dāng)它通過容量較大的電容與負載耦合時，由于省去了變壓器而被稱為無輸出變壓器(OutputTransformerless)電路，簡稱OTL電路。若互補對稱電路直接與負載相連，輸出電容也省去，就成為無輸出電容(OutputCapacitorless)電路，簡稱OCL電路。

OTL電路采用單電源供電，OCL電路采用雙電源供電。1.

基本OTL電路(1)

特點T1、T2的特性一致；一個NPN型、一個PNP型兩管均接成射極輸出器；輸出端有大電容；單電源供電。(2)靜態(tài)時(ui=0),

IC10，IC20OTL原理電路電容兩端的電壓RLuiT1T2+UCCCAuO++-+-RLuiT1T2Auo+-+-(3)動態(tài)時

設(shè)輸入端在UCC/2

直流基礎(chǔ)上加入正弦信號。T1導(dǎo)通、T2截止；同時給電容充電T2導(dǎo)通、T1截止；電容放電，相當(dāng)于電源

若輸出電容足夠大，其上電壓基本保持不變，則負載上得到的交流信號正負半周對稱。ic1ic2交流通路uo輸入交流信號ui的正半周輸入交流信號ui的負半周動畫-OTL電子課動畫集\49-otl功放.swf2.實用(OTL)互補對稱放大電路OtuiR1iC2RLR3R2D1D2B1B2T1T2+UCCCLAC+++ui

+uo

OtuoiC1OTL電路圖中兩個晶體管T1(NPN型)和T2(PNP型)的特性基本相同。靜態(tài)時，調(diào)節(jié)R3，使A

點的電位為。

輸出耦合電容

CL

上的電壓也為。

R1

和D1

、D2

上的壓降使兩管獲得合適的偏壓，工作在甲乙類狀態(tài)。

對OTL功放，靜態(tài)時，由于兩管靜態(tài)電流大小相等、方向相反，所以流過負載的靜態(tài)電流為零。動態(tài)時，由于二極管的動態(tài)電阻很小，可以忽略不計，其工作原理與OCL基本電路類同，輸出功率、效率、管耗近似相同。該電路工作在甲乙類狀態(tài)，為了提高效率，在設(shè)置偏壓時，應(yīng)盡可能接近乙類狀態(tài)。

在輸出功率較大時常采用復(fù)合管復(fù)合管的構(gòu)成ic1=

1

ib1,ic2=

2ib2

=

2(1+

1)ib1,ic

=ic1+ic2

=[

1+

2(1+

1)]ib1

1

2ib1方式1ib2=ie1=(1+

1)ib1,ib=ib1,CBET1NPNT2NPNibicieBECibicieNPN

復(fù)合管的電流放大系數(shù)

1

2復(fù)合管的類型與復(fù)合管中第一只管子的類型相同方式2EBCT1PNPT2NPNibicieBCEibiciePNP

各種復(fù)合管是由兩個或兩個以上的晶體管按照圖3-44所示的方法構(gòu)成的一個三端子器件，又稱達林頓管。連接時，在串接點應(yīng)保證電流的連續(xù)；在并接點應(yīng)保證總電流為兩管電流的算術(shù)和。

3.功放電路應(yīng)用實例

圖示為采用復(fù)合管組成的由集成運放前置驅(qū)動的OTL功率放大器，它又稱為準(zhǔn)互補對稱功率放大器。工作于甲乙類狀態(tài)。靜態(tài)時，由VD、R4、R5提供的偏置電壓使VT1～VT4微導(dǎo)通，輸出和負載之間是一個電容C，中點電位為UCC/2，uO＝0V。R11對運放構(gòu)成深度負反饋使其工作在放大區(qū)。四、集成功率放大器

集成功率放大器是一種單片集成電路，即把大部分電路及包括功放管在內(nèi)的元器件集成制作在一塊芯片上。為了保證器件在大功率狀態(tài)下安全可靠地工作，通常設(shè)有過流、過壓以及過熱保護等電路。

目前集成功率放大器的型號很多，它們都具有外接元件少，工作穩(wěn)定，易于安裝和調(diào)試等優(yōu)點。我們只需了解其外部特性和正確的連接方法，以下舉例簡介。

TDA2030外形及管腳排列1.集成功放TDA2030及應(yīng)用電路圖3.29所示的是集成功率放大器TDA2030的外形及管腳排列。其電源電壓UCC=±6～18V，輸出峰值電流為3.5A。當(dāng)負載阻抗為4

時，輸出功率為14W。TDA2030可雙電源供電，接成OCL電路，也可單電源供電，接成OTL電路。下頁圖所示的應(yīng)用電路是OCL電路的接法。TDA2030應(yīng)用電路

2.傻瓜集成功率放大器100