《模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)教程》課件第六章 集成功率放大電路

第六章集成功率放大電路6.16.2集成功率放大電路概述乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路6.3其他類型互補(bǔ)功率放大電路01集成功率放大電路概述

能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路，簡(jiǎn)稱功放。其作用是用作放大電路的輸出級(jí)，去推動(dòng)負(fù)載工作。例如使揚(yáng)聲器發(fā)聲、繼電器動(dòng)作、儀表指針偏轉(zhuǎn)、電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)等。圖6.1擴(kuò)音系統(tǒng)示意框圖一、功率放大電路的特點(diǎn)和要求（1）功率要大；（2）效率要高：效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值，代表了電路將電源直流能量轉(zhuǎn)換為輸出交流能量的能力；（3）失真要??；（4）散熱要好；（5）電路分析時(shí)，采用圖解法。電路中應(yīng)采用適當(dāng)方法改善輸出波形，如引入交流負(fù)反饋。二、功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)1.最大輸出功率Pom2.轉(zhuǎn)換效率η3.非線性失真系數(shù)THD三、功率放大電路的分類（1）甲類放大（A類放大）

①特點(diǎn)：工作點(diǎn)Q處于放大區(qū)，基本在負(fù)載線的中間，在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)，三極管都有電流通過(guò)，導(dǎo)通角為360°。

②缺點(diǎn)：為避免非線性失真，此類電路η低，理論上50%，實(shí)際30%。

③作用：用于小信號(hào)電壓放大器、小功率的功率放大器。（2）乙類放大（B類放大）

①特點(diǎn)：工作點(diǎn)Q處于截止區(qū)。半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)三極管，導(dǎo)通角為180°。由于ICQ=0，使得沒(méi)有信號(hào)時(shí)，管耗很小，從而效率提高。

②缺點(diǎn)：波形被切掉一半，嚴(yán)重失真。

③作用：用于功率放大。（3）甲乙類放大（AB類放大）

①特點(diǎn)：工作點(diǎn)Q處于放大區(qū)偏下。大半個(gè)周期內(nèi)有電流流過(guò)三極管，導(dǎo)通角大于180°度而小于360°。由于存在較小的ICQ，所以效率較乙類低，較甲類高。

②缺點(diǎn)：波形被切掉一部分，嚴(yán)重失真。

③作用：用于功率放大。（4）丙類放大（C類放大）功率管的導(dǎo)電角小于半個(gè)周期，即0<θ<π。四、提高效率的主要途徑

效率η是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率（即輸出功率PO）和電源供給的直流功率（PV）的比值。要提高效率，就應(yīng)消耗在晶體管上的功率PT，將電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號(hào)輸出功率。

提高效率的主要途徑是減小靜態(tài)電流從而減少管耗。如果把靜態(tài)工作點(diǎn)Q向下移動(dòng)，使信號(hào)等于零時(shí)電源輸出的功率也等于零（或很?。盘?hào)增大時(shí)電源供給的功率也隨之增大，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變，也就改變了甲類放大時(shí)效率低的狀況。五、功率放大電路與電壓放大電路的比較（1）本質(zhì)相同電壓放大電路或電流放大電路：主要用于增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度。功率放大電路：主要輸出較大的功率。（2）任務(wù)不同電壓放大電路：使負(fù)載得到不失真的電壓信號(hào)。輸出的功率并不一定大，在小信號(hào)狀態(tài)下工作。

功率放大電路：使負(fù)載得到不失真（或失真較?。┑妮敵龉β剩诖笮盘?hào)狀態(tài)下工作。（3）指標(biāo)不同電壓放大電路：主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗；功率放大電路：主要指標(biāo)是功率、效率、非線性失真。（4）研究方法不同電壓放大電路：圖解法、等效電路法；功率放大電路：圖解法。02乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路一、OCL放大電路

功率放大器早期采用變壓器耦合輸出，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但體積大、傳輸損耗大，在實(shí)際中已使用不多。目前大量應(yīng)用的是無(wú)變壓器的乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。按電源供給的不同，分為雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路（OCL）和單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路（OTL）。1.基本電路組成2.工作原理（1）靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止，故靜態(tài)電流為零，又由于兩管特性對(duì)稱，故兩管輸出端的靜態(tài)電壓為零。（2）動(dòng)態(tài)分析①當(dāng)輸入信號(hào)處于正半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)NPN型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載RL，按圖中方向由上到下，與假設(shè)正方向相同。②當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，且幅度遠(yuǎn)大于三極管的開啟電壓，此時(shí)PNP型三極管導(dǎo)電，有電流通過(guò)負(fù)載RL，按圖中方向由下到上，與假設(shè)正方向相反。任意一個(gè)半周期內(nèi)，每個(gè)管子C、E兩端信號(hào)電壓為|uCE|=|VCC|-|uo|，而輸出電壓uo=-uCE=ioRL=icRL。在一般情況下，Uom=Ucem，Iom=Icm，其大小隨輸入信號(hào)幅度而變，最大輸出電壓幅度為Uom(max)=VCC-UCE(sat)≈VCC。3.圖解分析4.電路性能參數(shù)計(jì)算（1）最大輸出功率Pom（2）直流電源供給功率PV

（3）管耗PC（4）效率①平均管耗②輸出最大功率時(shí)的管耗③最大管耗當(dāng)時(shí)出現(xiàn)最大管耗，且Pcm1≈0.2Pom5.功放管的選擇（1）功放管集電極的最大允許功耗（2）功放管的最大耐壓U(BR)CEO當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只管子承受的最大反向電壓為2VCC，因此：（3）功放管的最大集電極電流例6.1：OCL電路的VCC=|-Vcc|=20V，負(fù)載RL=8Ω，功放管如何選擇？解：（1）最大輸出功率（2）功放管的最大耐壓（3）功放管的最大集電極電流6.消除交越失真的OCL放大電路（1）交越失真

乙類放大電路靜態(tài)IC為零，效率高。但嚴(yán)格說(shuō)，輸入信號(hào)很小時(shí)，達(dá)不到三極管的開啟電壓，三極管不導(dǎo)電。因此，信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近，其波形會(huì)出現(xiàn)失真，稱為交越失真，如下圖所示。（2）消除交越失真的OCL電路①靜態(tài)時(shí)：兩只管子均處于微導(dǎo)通狀態(tài)。通過(guò)調(diào)節(jié)R2使UE為0，即輸出電壓uO為0。②動(dòng)態(tài)時(shí)：兩管的導(dǎo)通時(shí)間都比輸入信號(hào)的半個(gè)周期長(zhǎng)，因而消除了交越失真。二、OTL放大電路1.電路組成原理（1）電路組成R2、D1、D2為二極管偏置電路，提供合適偏置電壓，使T1、T2靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)。T1、T2組成互補(bǔ)對(duì)稱電路。（2）電容C的作用C容量很大，有信號(hào)輸入時(shí)，電容兩端電壓基本不變，利用大電容的儲(chǔ)能作用，來(lái)充當(dāng)另一組電源-VCC。此外，C還有隔直作用。2.工作原理

該電路工作原理與OCL電路相似。

（1）當(dāng)ui＞0，T1反偏截止，T2正偏導(dǎo)通，C放電，經(jīng)T2放大的電流由該管集電極經(jīng)RL和C流回發(fā)射極，負(fù)載RL上獲得負(fù)半周電壓；

（2）當(dāng)ui＜0，T1正偏導(dǎo)通，T2反偏截止。經(jīng)T1放大后的電流經(jīng)C送給負(fù)載RL，且對(duì)C充電，RL上獲得正半周電壓。

（3）輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2。3.電路性能參數(shù)計(jì)算（1）最大輸出功率Pom（2）直流電源供給功率PV

（3）管耗PC（4）效率①平均管耗②輸出最大功率時(shí)的管耗③最大管耗當(dāng)時(shí)出現(xiàn)最大管耗，且Pcm1≈0.2Pom03其他類型互補(bǔ)功率放大電路一、采用復(fù)合管的互補(bǔ)功率放大電路

輸出功率較大的電路，應(yīng)采用較大功率的功率管。但大功率管的電流放大系數(shù)β往往較小，且選用特性一致的互補(bǔ)管也比較困難。故在實(shí)際應(yīng)用中，用復(fù)合管來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。復(fù)合管是指用兩只或多只三極管按一定規(guī)律進(jìn)行組合，等效成一只三極管，復(fù)合管又稱達(dá)林頓管。二、集成功率放大器

集成功率放大器廣泛用于音響、電視和小電機(jī)的驅(qū)動(dòng)方面。集成功放是在集成運(yùn)算放大器的電壓互補(bǔ)輸出級(jí)后，加入互補(bǔ)功率輸出級(jí)而構(gòu)成的。大多數(shù)集成功率放大器實(shí)際上也就是一個(gè)具有直接耦合特點(diǎn)的運(yùn)算放大器。

集成功放使用時(shí)不能超過(guò)規(guī)定的極限參數(shù)，極限參數(shù)主要有功耗和最大允許電源電壓。三、BTL互補(bǔ)功率放大電路雙通道功率放大電路是用于立體聲音響設(shè)備的功率放大電路，一般有專門的集成功率放大器產(chǎn)品。它有一個(gè)左聲道功放和一個(gè)右聲道功放，這兩個(gè)功放的技術(shù)指標(biāo)是相同的，需要在專門的立體聲音源下才能顯現(xiàn)出立體聲效果。有的高級(jí)音響設(shè)備一個(gè)聲道分成二、三個(gè)頻段放大，有相應(yīng)的低頻段、中頻段和高頻段放大器。四、雙通道功率放大電