1、第第7 7章章功率放大电路功率放大电路7.17.1功率放大电路的特点及分类功率放大电路的特点及分类7.1.17.1.1功率放大电路的特点及主要技术指标功率放大电路的特点及主要技术指标1、功率放大电路的特点一个放大器常常由电压放大器和功率放大器组成，如图7.1.1所示。图图7.1.17.1.1放大器方框图放大器方框图电压放大器的主要任务是不失真地提高输入信号的幅度，以驱动后面的功率放大电路。而功率放大电路的任务则是保证信号失真在允许的范围内输出足够大的功率，以驱动负载。由此可见，通常功率放大器工作在大信号状态，与前面讨论的小信号状态下的电压放大电路相比，有其自身的特点。（1）输出功率要足够大为了
2、获得足够大的输出功率，要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，因此，功放管常常工作在接近极限的状态下，但又不超过其极限参数V（BR）CEO，ICM，PCM。（2）效率要高从能量转换的观点来看，功率放大电路是将直流电源提供的能量转换成交流电能传送给负载。在能量的转换和传输过程中，必然有一部分能量损耗在电路耗能元件上，这就涉及到效率方面的问题。这里的效率是指负载得到的有用信号功率PO与电源VCC供给的直流功率PE的比值。即PO/PE，这个比值越大，则功率放大器的效率越高。（3）非线性失真要小由于功率放大电路在大信号下工作，电压、电流摆动幅度大，容易超出管子特性的线性范围，产生非线性失真。因此
3、，在实际的功率放大电路中，要采取措施减小失真，使之满足负载的要求。对同一功率放大电路而言，非线性失真与输出功率是矛盾的，输出功率愈大非线性失真往往愈严重。在允许的非线性失真限度内如何获得尽可能大的输出功率，是设计功率放大电路时必需考虑的问题。（4）采用散热和保护措施 由于功放管要承受高电压和大电流，为保护功放管安全工作，使用时必须安装合适的散热片，并要考虑过电压和过电流保护措施。另外，在分析方法上，由于功放管工作于大信号状态，不能采用小信号状态下的微变等效电路分析法，而应采用图解法。2、功率放大电路的主要技术指标工作在大信号状态的功率放大器，其主要性能指标追求的是在电源电压确定的情况下，输出尽
4、可能大的功率、较高的效率和较小的非线性失真系数，主要有：（1）输出功率PO若输出电压与输出电流的振幅分别为Vom与Iom，考虑到在功放中，一般VomVcem，IomIcm，则cmcemomomO2121IVIVP如果输入信号幅度足够大，则输出功率将达到最大值Pom。若此时的输出电压与输出电流的振幅分别用Vcemm和Icmm表示，则cmmcemmO21IVP（2）效率 功放工作时，直流电源提供的功率C(AV)CCC20CCE)(d21iVtiVP式中iC(AV)为ic的平均值，即其直流分量，当ic的正负半周对称时，ic(AV)Ic。注意，上式适用于单电源功放，若是双电源功放，则Pv应为二者提供的
5、功率之和，而管耗20cecT)(d21tviP显然，输出功率 POPEPT 定义功放的效率EOPP（3）非线性失真系数THD由于功放管输入特性和输出特性的非线性，当输入为正弦信号时，输出信号将是非正弦的。通过傅氏级数的展开，非正弦的输出信号可分解为直流分量、基波分量和各次谐波分量之和。为了衡量非线性失真的程度，引入非线性失真系数m32m22m1m32m22m111VVVIIITHD（7.1.7）式中Im1、Im2、Im3和Vm1、Vm2、Vm3分别表示输出电流和输出电压的基波分量和各次谐波分量的振幅。注意，在不同的场合，对非线性失真的要求也不同。例如，在测量系统和音响设备中，THD这个指标很重
6、要；而在以输出功率为主要目的的工业控制系统中，THD就显得不那么重要了。7.1.2 7.1.2 功率放大电路的分类功率放大电路的分类 功率放大电路类型很多，根据不同的标准，有不同的分类方法。1、按工作频率的不同按放大信号频率的不同可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路；低频功率放大电路用于放大的音频范围为几十赫兹几十千赫兹，高频功率放大电路用于放大的射频范围为几百千赫兹几十兆赫兹。2、按晶体管导通时间的不同功率放大电路按晶体管导通时间的不同，一般可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类功率放大电路。丙类功放适用于高频信号放大，本章主要分析低频功率放大电路。甲类功率放大电路（甲类功放）晶体管在整个信号周
7、期内都导通的称为甲类功放，其集电极电流波形如图7.1.2（a）所示，其特点是非线性失真小，但由于电源源源不断地将直流功率送给放大电路，当无输入信号时，这些功率全部消耗在管子和电路元件上；当有输入信号时，可将其中一部分能量变换后送到负载上，成为有用的部分，故管耗大，效率低。乙类功率放大电路（乙类功放）晶体管在信号半个周期内导通，而另外半个周期截止的称为乙类功放，其集电极电流如图7.1.2（b）所示，其特点是无输入信号时，静态电流为零，电源供给的功率也等于零，此时管子不消耗功率，当有正弦信号输入时，管子仅在半个周期内导通，故减小了管子的消耗，提高了效率，但波形失真严重。甲乙类功率放大电路（甲乙类功
8、放）介于甲类和乙类之间，晶体管的导通时间比信号一个周期短而比半个周期长的称为甲乙类功放，其集电极电流波形如图7.1.2（c）所示，其特点是效率较高，波形失真较严重。在低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。3、按构成放大电路的器件的不同功率放大电路有分立元件功放和集成功放之分。分立元件功率放大电路由分立元件构成的功率放大电路，所用元件较多，电路设计严格，对称性强，对元件的要求也较严格。集成功率放大电路采用单片的集成功率放大芯片如TDA2030、LA4112、LM386 等设计放大电路即为此类放大电路的典型代表。其主要优点是简洁方便，性能较高，生产方便。但一般输出功率偏小，耐压和电流能
9、力都比较弱，主要应用于50W，特别是30W 以内的音响中。4、按电路形式的不同功率放大电路有OTL（Output Transformerless，无输出变压器）、OCL（Output Capacitorless无输出电容）和BTL（Balanced Transformerless平衡式无输出变压器）三种形式。7.27.2几种常见的功率放大电路几种常见的功率放大电路7.2.17.2.1OCLOCL乙类互补对称功率放大电路乙类互补对称功率放大电路1、电路组成 采用正负电源构成的OCL乙类互补对称功率放大电路如图7.2.1所示。该电路由特性参数完全对称、类型却不同（NPN型和PNP型）的两个三极管组
10、成的两个射级输出电路组合而成。两管的基级和发射级分别连接在一起，信号从两管的基级输入，从发射级输出，RL为负载。由于采用双电源，不需要耦合电容，故称它为OCL（Output Capacitorless）即无输出电容互补对称功率放大电路，简称OCL电路。2、工作原理如图7.2.1所示，设输入信号vi为一正弦信号。静态时vi0，两管都截止，因而IBQ、ICQ均为零，输出电压vo0。此时电路不消耗功率。在vi正半周期间，NPN型T1管导通，PNP型T2管截止，有电流ic1自上而下流过RL，产生输出电压的正半周；在负半周期间，T1管截止，T2管导通，有电流ic2自下而上流过RL，产生输出电压的负半周。
11、这样利用利用特性对称的NPN型和PNP型三极管在信号的正、负半周轮流工作，在负载上可以得到一个完整的电流或电压波形，以此来完成整个信号的功率放大，如图7.2.1（c）所示。可见，乙类推挽电路必须具有“两管交替工作”和“输出波形合成”两个功能。由于该电路中两个管子导电特性互为补充，电路对称，因此该电路称为乙类互补推挽功率放大电路。OCL互补对称电路电路的特点是：双电源供电、不需输出电容、频率特性好、可以放大慢变化的信号。其主要缺点是：电路中两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，假如静态工作点失调或电路内元器件损坏，将会使一个较大的电流流过负载，可能造成电路损坏。为了解决这个问题，实际工作中常常采
12、取保护措施，即在负载回路接入熔断丝。3、输出功率和效率的计算功率和效率是功率放大电路的主要性能指标。下面我们以乙类OCL乙类互补对称功率放大电路如图7.2.1（b）所示。由于互补电路两管完全对称，在作定量分析时，只要分析一个管子的情况就可以了。如图7.2.2所示为功放电路中管子T1的工作图解。其中，Vcem、Icm分别表示交流输出电压和输出电流的幅值，Vcem（max）、Icm（max）为其最大幅值，VCE（sat）为管子的饱和压降。（1）输出功率Po输出功率是负载上的电压与电流有效值的乘积，即L2cemcmcemooo2122RVIVIVP最大不失真输出电压幅值为CCCE(sat)CC(ma
13、x)cemVVVV最大不失真输出功率为L2CCL2cem(max)o(max)2121RVRVP（2）直流电源的供给功率PE直流电源的供给功率是电源电压VCC和供给管子的直流平均电流的乘积，即LcemcmCC0cmCCcc22)(dsinRVVIVttIVPE可见负载RL一定时，PE与输出电压Vcem成正比。当PoPo（max），VcemVcem（max）VCC时直流电源提供最大的直流功率，即 L2CC(max)E2RVP（3）效率放大电路的效率是指输出功率与电源供给功率之比，故CCcemEo4 VVPP当Vcem（max）VCC时，则%5.784(max)应当指出，大功率管的饱和管压VCE（
14、sat）常为23V，一般不能忽略，故实际应用电路的效率要比此值低。(4）管耗PT在功率放大电路中，电源提供的功率，除了转化成输出功率外，其余主要消耗在晶体管上，故可认为管耗等于直流电源提供的功率与输出功率之差，即L2cemLcemCCoET22RVRVVPPP由上式可知，管耗与输出电压的幅值有关。为求出最大管耗，可用求极限的方法解之。将上式对Vcem求导，并令其为零。有02ddLcemLCCcemTRVRVVP则CCcem2VV这说明：当 CCcem2VV0.6VCC 时，管耗最大。两管总的最大管耗为o(max)o(max)2L2CC2T(max)4.042PPRVP每只管子的最大管耗为总管耗
15、的一半，即o(max)T(max)(max)T(max)T2.02121PPPP因此，选择功率管时集电极最大允许管耗PCM应大于该值，并留有一定的余量。在实际中，乙类互补对称放大电路的效率要比理想情况下的78.5%要小，仅能达到60%左右。4、功率管的技术指标与使用功率管的技术指标有集电极最大允许功耗PCM、最大耐压V（BR）CEO和最大集电极电流ICM，为确保其安全工作，使用时功率管应满足下列条件：（1）功率管集电极的最大允许功耗PCMPT1（max）0.2PO（max）（2）功率管的最大耐压V（BR）CEO2VCC 这是由于一只管子饱和导通时，另一只管子承受的最大反向电压为2VCC。（3）
16、功率管的最大集电极电流 ICMVCC/RL 由于功放管工作在大电流状态，且温度较高，属易损件，因此，在实际电路中常加保护措施，以防止功放管因过压过流和过损耗而损坏，同时需加装散热器。【例【例7.2.17.2.1】乙类双电源互补对称功率放大电路如图7.2.1所示，已知Vcc20V，RL8，试求功率管的参数要求。解：解：（1）最大输出功率 2582021212L2CCo(max)WRVPWPCM0.2Po（max）0.225 W5W（2）V（BR）CEO2VCC220V40V（3）ICM VCC/RL2.5A实际选择功率管型号时，其极限参数还应留有一定余量，一般要提高50%100%。7.2.27.
17、2.2OCLOCL甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路 乙类互补对称功率放大电路为零偏置（静态电流为0），而T1和T2都存在死区电压，当输入电压vi低于死区电压（硅管为0.5V，锗管为0.2V）时，T1和T2都不导通，负载电流基本为零。这样就在输出电压正、负半周交界处产生失真。由于这种失真发生在两管交替工作的时刻，故称为交越失真。为克服交越失真，可在两管的基极之间加个很小的正向偏置电压，其值约为两管的死区电压之和。静态时，两管处于微导通的甲乙类工作状态，虽然都有静态电流，但两者等值反向，不产生输出信号。而在正弦信号作用下，输出为一个完整不失真的正弦波信号，这样既消除了交越失真，
18、又使功放工作在接近乙类的甲乙类状态，效率仍然很高。但在实际电路中为了提高工作效率，在设置偏压时，应近可能接近乙类。因此，通常甲乙类互补对称电路的参数估算可近视按乙类处理。在具体电路中，一般采用如图7.2.3所示偏置电路来消除交越失真。1、利用二极管上压降产生偏置电压电路如图7.2.3（a）所示，由T3组成的前置电压放大级上集电极静态电流IC3流经D1、D2形成的直流压降为T1和T2提供一个适当的正向偏置电压，使之处于微导通状态。但该电路的缺点是不易调节。2、利用倍增电路VBE产生偏置电压电路如图7.2.3（b）所示，由R3、R4和T4组成VBE倍增电路。设流入T4的基级电流远小于R3、R4上的
19、电流，则有443BE4CE4)(RRRVV（7.2.16）当采用硅管时，VBE40.60.7V，因此只需调节电阻R3和R4的比值，即可改变VCE4形成的偏压值。这个电路常常应用在集成功率放大电路中。7.2.37.2.3OTLOTL甲乙类互补对称功率放大电路甲乙类互补对称功率放大电路1、基本电路及工作原理由单电源供电的OTL甲乙类互补对称功率放大电路，如图7.2.4所示。该电路的输出是通过电容与负载耦合，不采用输出变压器耦合，故简称为OTL电路（Output Transformerless，即无输出变压器电路）。图中，T3组成前置放大级，T1和T2组成互补对称功率放大电路的输出级。静态时，只需调
20、节RP可使K点电位VKVCC/2，因此大电容C2上静态电压也为VCC/2，这取代了双电源功放的VCC。另外，K点电位通过RP、R1和R2分压后作为T3管放大电路的偏置电压。同时从K点到T3基极引入电压并联交直流负反馈，不仅稳定了静态工作点，还改善了放大器的动态性能。电路的工作原理如下：由于T3的倒相作用，在输入信号的负半周，T1导通，信号电流流向负载RL的同时向C2充电，RL上形成输出信号的正半周；在输入信号的正半周，T2导通，电容C2通过负载RL放电。只要选择时间常数RLC2足够大（比信号的最长周期还大得多），就可认为电容C2两端电压近似不变，为VCC/2。这样用电容C2和一个电源VCC就代
21、替了OCL电路中的两个电源的作用，T1、T2管的供电电压和电源电压均为VCC/2。2、功率参数的计算采用一个电源的互补对称电路，由于每只管子的工作电压不是原来的VCC，而是VCC/2。因此在计算功率参数时，可运用OCL双电源功放电路的计算公式，但要将其中的VCC参数全部改成VCC/2。3、具有自举电路的OTL电路 图7.2.5所示为自举升压的单电源甲乙类互补对称功率放大电路。图中，R3、C3构成自举升压电路，即在T3输出正半周信号时，将D点的电位举升超过电源电压，从而加大T1导通时的输出信号幅度。由前述基本OTL电路可知，当T1导通时，输出vo达到正半周最大幅值Vom（max）VCC/2时，要
22、求K点电位VK近似于VCC。而实际上电源VCC经过 RC3、vBE1降压后，VK不可能为VCC，即vo正半周输出幅值被压缩。为此增设了由R3、C3组成的自举电路。在静态时，若不考虑R3上较小的压降，电容C3两端电压VC3VDVKVCC（VCC/2）VCC/2。在动态时，由于电容C3放电的时间常数R3C3足够大，电容C3两端电压VC3基本保持不变。因此，当vi为负半周，T3集电极输出为正半周信号，T1导通时，由于VD VC3 VK（VCC/2）VK，因而随着K点电位在VCC/2的基础上升高，D点的电位也跟着升高。在R3对VD和电源VCC隔离作用下，可使VDVCC。这样，使T1管的基极电流iB1足
23、够大，使T1充分导通，使Vom（max）接近VCC/2，从而加大了T1导通时的输出信号幅度，避免了输出信号的不对称失真。由于VD随输出电压的上升而自动抬高，以增加正半周输出幅度，故这个电路称为自举升压OTL电路。7.2.47.2.4采用复合管的互补功率放大电路采用复合管的互补功率放大电路复合管所谓复合管就是两个三极管通过一定的方式连接形成的一个等效三极管，其中的两个三极管的导电类型可为同型也可为异型，如图7.2.6所示。复合管连接原则和等效管型的判断方法：（1）按T1、T2管相连的电极电流流向一致的规律连接；（2）复合管的等效管型取决于前一只管子T1的管型；（3）复合后的等效管总的电流放大系数
24、12。用复合管组成功放管，既可以提高总的电流放大系数，满足大输出功率的要求，又解决了特性对称管子的选配问题。根据图中复合管T1、T2各电极电流的流向和近似关系，可得出图7.2.7是复合管互补对称功率放大器电路。其中图7.2.7（a）是用两个复合管分别替换了图7.2.3（a）中两个功放管T1和T2，因而仍组成互补对称功率放大器。不过图7.2.7（a）中两个末级对管T3和T4（它们直接向负载提供电流）由于分别是NPN和PNP两种不同的类型，因此在大功率的情况下两者很难选配到完全对称。而图7.2.7（b）中两个末级对管T3和T4是同一类型的（图中均为NPN型），因而比较容易选配，这种电路被称为准互补
25、对称电路。7.2.57.2.5OTLOTL、OCLOCL电路调试电路调试OTL、OCL电路大致调试步骤如下：1、查电路 （1）先从外观上看电路是否有短路、断路现象，各个元件的连接是否正确，OCL的正、负电源是否正确，OTL的电源有没有问题。（2）用万用表的电阻档测试电路中是否有短路，开路或接触不良现象。检测电路输出、电源和地之间是否存在短路现象，否则将损坏元器件和电源。2、静态测试（1）通过上面检查以后，如果确认没有什么错误后，可以用万用的直流电压档调测直流稳压电源，使其为电路所需要的电压，电源关断后接入电路中，并认真检查，确保直流电源正确、可靠地接入电路，然后接通直流电源（注意OTL电路是单
26、正电源，而OCL是正负电源）。（2）在没加信号的情况下，将电路的信号输入端用导线对地短接，用万用表的直流电压档测OTL或OCL两功放输出管发射极的电压，测量是否正常，正常情况下，OTL电路的是VCC/2，OCL电路是零。再测电路中其它各点的电位，根据静态工作点来判断电路的工作情况。3、动态测试检查动态检查一般是在输入端加上一定的信号，从而来测试其最大输出功率、直流电源提供的直流功率、最大效率以及功率管的管耗等。（1）最大输出功率PomPom为失真度小于给定值时，电路输出的最大功率。当静态测试正常时，先切断电源，拆去电路输入端的对地短路线。然后调整信号源，使输入信号的频率为1kHz，并逐渐加大输
27、入信号的强度，用示波器观察输出波形情况，使电路的输出为最大且失真在允许的状态下。用毫伏表测出电路的输出电压VO。从而可计算出其最大输出功率为：PomVO2/RL。（2）直流电源提供的平均功率理想情况下直流电源供给的平均功率为：omE4PP 在（1）中电路输出为最大输出电压时，用电流表测出流过功率管的电集电极电流I，可以认为此电流为电源输出的平均电流（忽略了其它支路的电流）。根据下面式子可以计算出电源供给的功率为：PEVCCI（3）最大效率m mPom/PE（4）最大输出功率时晶体管的管耗PT PTPE Pom7.37.3集成功率放大器集成功率放大器7.3.17.3.1典型单片功率放大器及其应用
28、典型单片功率放大器及其应用集成功率放大电路 集成功率放大电路由功放集成电路和一些外部阻容元件构成。它具有线路简单，性能优越，工作可靠，调试方便等优点，而且在性能上也优于分立元件功率放大电路，例如温度稳定性好，功耗小、失真小，特别是集成功率放大电路内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路，可对放大电路自行进行保护。由于集成功率放大电路具有分立元件功率放大电路不具备的很多优点，已经成为在音频领域中应用十分广泛的功率放大电路。集成功率放大电路中最主要的组件为功放集成电路，它的内部电路与一般分立元件功率放大电路不同，通常包括前置级、推动级和功率级等几部分外，有些还具有一些特殊功能（如消除噪
29、声、短路保护等）的电路。其电压增益较高（不加负反馈时，电压增益达7080db，加典型负反馈时电压增益仍在40db以上）。功放集成电路的种类很多，在实际应用时通常接成OCL电路、OTL电路或BTL电路。几种常用的集成功率放大电路：1、LA4112集成功率放大电路（1）LA4112简介LA4112集成音频功率放大电路在音响集成电路中被推荐为优先采用的功放电路，电路内部具有静噪电路和纹波滤波器，当电源电压为9V时，输出功率可达2.7W。它的内部电路如图7.3.1所示，由三级电压放大，一级功率放大以及偏置、恒流、反馈、退耦等电路组成。电压放大级电压放大级的第一级选用由T1和T2管组成的差动放大电路构成
30、，这种直接耦合的放大电路零漂较小，第二级的T3管完成直接耦合电路中的电平移动，恒流源T4是T3管的有源负载，以获得较大的增益；第三级为由T6管组成的共射放大电路，此级增益最高，为防止出现自激振荡，需在T6管的b、c极之间外接消振电容。图图7.3.1 LA41127.3.1 LA4112内部电路图内部电路图 功率放大级功率放大级为由T8 T13等的组成复合互补推挽电路构成。为提高输出级增益和正向输出幅度，需外接“自举”电容。偏置、退耦电路偏置电路为建立各级合适的静态工作点而设立。除上述主要部分外，为了使电路工作正常，还需要和外部元件一起构成反馈电路来稳定和控制增益。同时，还设有退耦电路以消除各级
31、间的不良影响。LA4112是一种塑料封装十四脚的双列直插器件，本身带有散热片。它的外形及管脚排列如图7.3.2所示。图图7.3.27.3.2LA4112LA4112外形及管脚排列图外形及管脚排列图（2）LA4112应用电路 集成功率放大电路LA4112的特点是能在低电源下工作。利用LA4112可组成OTL/OCL/BTL功率放大电路。如图7.3.3所示是由LA4112构成的OTL功率放大电路。图中，C1是输入耦合电容；C2和Rf是负反馈支路元件，C2为Rf的隔直电容，其中Rf的大小决定了电路的增益，Rf大，电路增益低，Rf小，电路增益高；C3是纹波滤波电容，用于防止交流声窜入前级产生干扰；C4
32、是去耦电容，用于交流纹波旁路；C6是反馈电容，用以消除自激振荡；C5是相位补偿电容，用以消除高频自激振荡；C7是自举电容，若无此电容，将出现输出波形半边被削波的现象；C8是电源滤波电容；C9是输出耦合电容；C10是寄生振荡消除电容。若将LA4112的3脚由接地改为接负电源，则单电源OTL电路将变成双电源OCL电路。如图7.3.4所示是由LA4112构成的OCL功率放大电路。此时,10脚可接地。2、LM386集成功率放大电路LM386是一种音频集成功率放大电路，具有自身功耗低、电压增益可调、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等特点，被广泛应用于收录机和对讲机中。（1）LM386的内部结构L
33、M386内部结构的原理图如图7.3.5所示，属于直接耦合的多级放大器结构，由输入级、中间级和输出级三级放大电路组成。输入级为差分放大电路，T1和T3、T2和T4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；T5和T6组成镜像电流源作为T1和T2有源负载；信号从T3和T4的基极输入，从T2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。由前述差分放大电路有源负载的分析可知，它可使单端输出的增益近似等于双端输出的增益。中间级为共射极放大电路，T7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数，为输出级提供足够大的信号电压。输出级由T8、T9、T10组成，其中T8和T9管复合成PNP型管，与NPN型管T10构成
34、甲乙类OTL准互补输出级，输出大功率，以驱动负载。二极管D1、D2为输出级提供合适的偏压，以消除交越失真。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。该电路是由单电源供电的OTL电路，其输出端应外接电容后再接负载。（2）LM386的外形及引脚图LM386是8引脚双排直插式塑料封装结构，其外形与引脚的排列如图7.3.6所示。引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源端和地端；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。图.的外形和引脚的排
35、列（3）集成功率放大器主要性能指标集成功率放大器主要性能指标除最大输出功率外，还有电源电压范围、电源静态电流、电压增益、频带宽、输入阻抗、总谐波失真等。几种典型产品的性能如表7.3.1所示。应当指出，表中数据为典型数据，使用时应进一步查阅手册，以便获得更确切的数据。（4）集成功率放大器应用集成功率放大器LM386的应用如图7.3.7所示，其中，图7.3.7（a）所示为LM386外接元件最少的用法，即将引脚1和8开路。其中C1为输出电容，C4为旁路电容，C5为去耦电容，滤掉电源的高频交流成分。利用RP可调节扬声器的音量。由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20。静态
36、时，输出电容C1上的电压为VCC/2，LM386的最大不失真输出电压的幅值约为VCC/2。设负载电阻为RL，则最大输出功率表达式为L2CCL2CCo(max)8)22/(RVRVP此时输入电压有效值表达式为vCCim2/2AVV当VCC16V、RL32时，Po（max）1W，Vim283mV。图7.3.7（b）所示为电压增益最大时的用法，C3使引脚1和8 在交流通路中短路。此时电压放大倍数增为200。当Vcc16V、RL32时，与图7.3.7（a）相同，Po（max）仍为1W，但是输入电压的有效值Vim仅为28.3mV。图7.3.7（c）所示为的一般接法，引脚1和8 之间的R、C用来调节电压增
37、益，改变R的大小即可改变该电路的电压放大倍数。7.3.27.3.2BTLBTL电路简介电路简介为了提高电源的利用率，也就是在较低电源电压的作用下，使负载获得较大的输出功率，一般采用平衡式无输出变压器电路，又称为BTL电路。1、电路组成下面是单电源供电的BTL电路，如图7.3.8所示。T1和T3、T2和T4分别组成一对推挽功放。可以看出，BTL电路是由两组对称的互补电路组成，它们分别由相位相反的输入信号激励，负载RL接在两个互补电路的输出端之间。静态时，由于四个三极管参数一致，输出为零。2、工作原理在输入信号vi正半周时，T1，T4导通，T2，T3截止，负载电流由VCC经T1，RL，T4流到虚地
38、端。如图7.3.8中的实线所示。在输入信号vi负半周时，T1，T4载止，T2，T3导通，负载电流由VCC经T2，RL，T3流到虚地端。如图7.3.8中的虚线所示。可见，负载RL获得的信号电压是两对推挽管输出电压之和，因此，负载RL上获得的功率就是一对推挽管功放（OTL或OCL）的4倍。由图7.3.8可见：（1）该电路仍然为乙类推挽放大电路，利用对称互补的2个电路完成对输入信号的放大，其输出电压的幅值为：VOMVCC 最大输出功率为：L2CCOM(max)OM(max)OM2121RVIVP（2）同OTL电路相比，同样是单电源供电，在VCC，RL相同条件下，BTL电路输出功率为OTL电路输出功率
39、的4倍，即BTL电路电源利用率高；（3）BTL电路的效率在理想情况下，仍近似为78.5%。7.3.37.3.3D D类功率放大器简介类功率放大器简介D类功放（简称数码功放）1、D类功放的工作原理 D类功率放大器的原理是：首先将脉冲编码调制（PCM）音频信号通过专门的数字处理器变换为脉宽调制（PWM）的信号。采用脉宽调制后，音频信号便成为一系列的用“0 0”和“1 1”表示的宽度可变的脉冲串，脉冲的宽度越宽，信号的幅度就越大。将这些脉宽调制信号去推功率放大器的输出功率放大管。由于受到脉宽调制信号的作用，输出功率放大管工作在开关状态，将迅速地时而饱和导通，时而截止。输出功率放大管导通工作时间越长，
40、信号幅度便越大，于是输出功率放大管为扬声器提供的电流也因管子导通而有电流流过，因管子截止而没有电流流过，音频信息便包含在这些接通、断开的周期过程中。脉冲串在由输出功率放大管放大后，便由LC低通滤波器进行平滑处理，从而恢复为原有的音频波形。这时功率的放大和D/A的变换均在同一级中完成。2、D类功率放大器的优点（1）可以直接接收CD、DVD等数字音源输出的同轴或光纤数字音频信号，直接以数字信号进行放大，体现了与数字音源的完美结合。（2）高、中、低频无相对相移，声音清晰透明，声像定位准确。由于采用无负反馈的放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz20k
41、Hz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。（3）瞬态响应好，即“动态特性”好。由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特征。（4）无过零失真。传统功放一般都存在由于对管配对及各级调整不佳产生的过零、交越失真。（5）能量转换效率极高，体积小，可靠性高。耗电量仅为同功率等级模拟放大器的三分之一。其电源使用效率高达90%以上，节约能源，也符合环保要求。而B类放大器效率仅为78%（理论值），A类功放的效率就更低。由于D类功放极高的效率，半导体器件的温升明显减小，失真率也就显著减小。（6）适合于大批量生产。产品的一致性好，生
42、产中无需调试，只要保证元器件正确安装即可。3、D类功率放大器存在的不足（1）输出功率晶体管并不是纯粹的开关，也不是匹配得很好，会带来畸变。（2）晶体管在接通和关闭的过程中，接地点的电位会出现波动，从而增大噪音。（3）功率输出电路是用两只功率晶体管接成的桥路，一只功率晶体管导通，另外一只关闭，这之间存在死区。（4）功率输出电路和扬声器之间用一只输出低通滤波器把音频以外的成分滤除，让音频信号进入扬声器，但不可能彻底滤除脉宽调制的载波，这也是造成失真的一个因素。7.3.47.3.4集成功率放大器的调试集成功率放大器的调试集成功率放大器调试步骤：1、检查已安装的电路（1）外观检查。检查是否有碰线、短路
43、现象，元器件安装是否正确，器件引脚的接法是否正确。特别注意的是正、负电源及输出端的接线不能连错。（2）用万用表电阻档，检查电路安装是否有开路、短路或接触不太好的问题。特别注意的是，运放输出端、电源端和地这几个引脚之间不能有短路现象，否则有可能会损坏器件和电源。2、静态测试检查（1）经过上面的检查，确认没有问题后，用万用表直流电压档交直流电源输出电压调整到所需数值，电源关断后接入电路中，并认真检查，确保直流电源正确、可靠地接入电路，然后接通直流电源。（2）将电路的信号输入端对地短路，用万用表直流电压档测量集成运放各引脚端和电路中各点的直流电位，与理论值进行比较，进而判断电路中各元器件是否正常工作
44、。3、动态测试（1）当静态检查正常后，切断直流电源，去除电路输入端的对地短路线。（2）在电路信号输入端输入适当的信号，用示波器观测各级电路的输出波形及工作情况。（3）性能指标测试：最大不失真输出功率、频率响应等。最大不失真输出功率的测试用音频信号发生器提供频率为1kHz的正弦波信号，加到集成功率放大器的输入端，用一定功率的电阻来代替扬声器。加大输入信号幅度，用示波器观测输出，使输出达到最大而不失真，此时输出电压为最大不失真输出电压Vom，由此可计算出最大不失真输出功率为：L2omo(max)2RVP 频率响应的测试放大器的电压增益相对于中频（1kHz）的电压增益下降3dB时所对应的低端频率fL
45、和高端频率fH，称为放大器的频率响应。测试时，输入端加入一定幅度，频率为1kHz的正弦交流信号，用电压表测出电压值。保持输入电压幅度不变，改变输入信号的频率，测出对应的fL和fH的值。本章小结本章小结 1、功率放大电路的主要任务是在非线性失真允许的范围内，高效地获得尽可能大的输出功率。功率放大电路的主要性能指标有输出功率和效率。2、低频功率放大电路按工作状态划分主要有甲类、乙类和甲乙类。互补对称功率放大电路有双电源供电OCL电路和单电源供电OTL电路。3、为了克服交越失真，常采用二极管偏置或VBE倍增电路所组成的甲乙类互补对称电路。4、OCL、OTL及BTL电路是目前在分立元件电路和集成电路中
46、广泛采用的电路形式，它们基本的原理都是互补对称的工作方式。OCL电路和OTL电路区别在于，前者采用双电源供电，输出无耦合电容；后者采用单电源供电，输出有耦合电容。在极限运用情况下，它们输出电压最大幅值相差一倍。BTL电路既可以采用单电源供电，也可以采用双电源供电。它的输入电压和输也电压都是对地平衡的。和同种供电方式的OTL和OCL电路比较，其输出电压提高一倍，输出功率提高为四倍。5、由于集成功率放大电路具有体积小、重量轻、安装调试简单、使用方便的特点，内部还设置了各种保护电路，在电路性能上十分优越；所以在电子设备、家用电器、微机接口、测量仪表、控制电路中得到了广泛应用。我国现已生产出许多型号的低频集成功率放大电路。尽管各种型号的集成功率放大电路的性能指标和电路不尽相同，但它们的输出级均采用复合管的准互补对称电路形式，以解决大功率异型管配对的困难。
