1、第第9章章 功率放大电路功率放大电路9.1 9.1 概述概述9.2 9.2 变压器耦合功率放大电路变压器耦合功率放大电路9.3 9.3 互补对称功率放大电路原理互补对称功率放大电路原理9.4 9.4 无输出变压器无输出变压器(OTL)(OTL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路9.5 9.5 无输出电容无输出电容(OCL)(OCL)的互补对称功放电路的互补对称功放电路9.6 9.6 实际功放电路实际功放电路9.7 9.7 集成功率放大器集成功率放大器功率放大电路功率放大电路概述概述能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路功率放大电路，简称，
2、简称功放功放。功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。情况下，输出尽可能大的功率。功放电路的要求：功放电路的要求：Pomax 大，三极管极限工作大，三极管极限工作 =Pomax/PV 要高要高失真要小失真要小例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用作放大电路的用作放大电路的输出级输出级，以，以驱驱动动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表仪表指针偏转等。指针偏转等。功功
3、率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取 功率放大电路的特点功率放大电路的特点一、主要技术指标一、主要技术指标1.最大输出功率最大输出功率Pom功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为交流功率，表达式为PoIoUo。最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率获得的最大交流功率2.转换效率转换效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。比。直流功率等于电源输出电流平均值及电压之积。直流功
4、率等于电源输出电流平均值及电压之积。3.最大输出电压最大输出电压Uom二、功率放大电路中的晶体管二、功率放大电路中的晶体管在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。晶体管工作在极限应用状态。选择功放管时选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其，要注意极限参数的选择，还要注意其散散热条件热条件，使用时必须安装合适的散热片和，使用时必须安装合适的散热片和各种保护措施各种保护措施。晶体管集电极电流最大时接近晶体管集电极电流最大时接近ICM晶体管管压降最大时接近晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO晶体管耗散功率最大时接近晶
5、体管耗散功率最大时接近PCM三、三、功率放大电路的分析方法功率放大电路的分析方法采用图解法采用图解法分析功放电路应注意的问题分析功放电路应注意的问题(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值限值:ICM 、UCEO 、PCM。ICMPCMUCEOIcuce(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。波形失真。(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路晶体管及线路上的损失。即注意提
6、高电路的（转换）效率的（转换）效率。Pomax:负载上得到的负载上得到的最大最大交流功率。交流功率。PE：电源提供的直流功率。电源提供的直流功率。%100maxEoPP为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路直流电源提供的直流功率为直流电源提供的直流功率为ICQ VCC即图中矩形即图中矩形ABCO的面积。的面积。集电极电阻集电极电阻RC的功率损耗为的功率损耗为I2CQRC 即图中矩形即图中矩形QBCD的面积。的面积。晶体管耗散功率为晶体管耗散功率为ICQ UCEQ即图中矩形即图中矩形AQDO的面积。的面积。1.无输入信号作用时无输入信号作用时2.在输入信号为
7、正弦波时，在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波若集电极电流也为正弦波直流电源提供的直流功率不变直流电源提供的直流功率不变负载电阻负载电阻RL上所获得的功率上所获得的功率PO仅为仅为P/Om的一部分。的一部分。R/L(=RC/RL)上获得的最大上获得的最大交流功率交流功率P/Om为为)(21)2(20LCQCQLCQmRIIRIP即图中三角形即图中三角形QDE的面积的面积共射放大电路输出功率小，效率低共射放大电路输出功率小，效率低（25），不宜作功放。，不宜作功放。如何解决效率低的问题？如何解决效率低的问题？办法：降低办法：降低Q点点但又会引起截止失真但又会引起截止失真既降低既降低Q Q
8、点又不会引起截止失真的办法：点又不会引起截止失真的办法：采用采用推挽输出电路，推挽输出电路，或或互补对称射极互补对称射极输出器输出器功率放大电路的分类功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类在信号整个周期内导通情况分类甲类甲类(2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类()tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(0ui 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工
9、作的两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。方式。ui-USCT1T2uo+USCRLiL输入输入波形图输入输入波形图uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间小于半个周期每管导通时间小于半个周期；(3)存在交越失真。存在交越失真。特点：特点：克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：R1D1D2R2 静态时静态时:T1、T2两管发射结电位两管发射结电位分别为二极管分别为二极管D1、D2的正向的正向导通压降，致使两管均处于导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；微弱导通状态；动态时
10、：动态时：设设 ui 加入正弦信号。加入正弦信号。正半周正半周 T2 截止截止，T1 基极电基极电位进一步提高，进入良好的位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周导通状态；负半周T1截止，截止，T2 基极电位进一步降低，进基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。入良好的导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加电路中增加 R1、D1、D2、R2支路支路二、最大输出功率及效率的计算二、最大输出功率及效率的计算假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出导通时均能饱和，此时输出达到最大值。达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率
11、为：负载上得到的最大功率为：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和若忽略晶体管的饱和压降，压降，则负载（则负载（RL)上的电上的电压和电流分别为：压和电流分别为：LSCLSCLRUIUUmaxmaxLSCLSCSCoRURUUP21222max电源提供的直流平均功率计算：电源提供的直流平均功率计算：每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总功率为：两个电源提供的总功率为：USC1=USC2=USC01)(sin21LSCLSCavRUttdRUILSCavavRUII12LSCLSCSCEEERURUUPPP22122
12、 tic1LSCRU 2%5.7842222maxLSCLSCEoRURUPP效率为：效率为：OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess互补对称功放的类型：互补对称功放的类型：互补对称功放的类型互补对称功放的类型 无输出变压器形式无输出变压器形式 （OTL电路）电路）无输出电容形式无输出电容形式 （OCL电路）电路）9.4 无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路一、特点一、特点1.单电源供电；单电源供电；2.输出加有大电容。输出加有大电容。二、静态分析二、静态分析则则 T1、T2 特性对称，特性对称，,2SCAUU
13、2SCCUU2SCiUu 令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC三、动态分析三、动态分析若输出电容足够大，其上电若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。称，但存在交越失真。ic1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源）相当于电源）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；2SCiUu 时，时，2SCiUu T1截止、截止、T2导通。导通。设输入端在设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号直流电平基础上加入正弦信号四、输出功率及效率四、
14、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：幅度足够大。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax，LSCLLLRUIUP8222maxmaxmaxLSCavSCERUIUP22)(sin2210ttdRUILSCav%5.784maxELPPuLULmaxui2SCUttD1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2实用实用OTL互补输出功放电路互补输出功放电路调节调节R,使静使静态态UA=0.5USCD1、D2使使b1和和b2之间的电位之间的电位差等于差等于2个二极管正向压降，个二极管正向压降，克服交越失真克服交越失真Re1、Re2：电阻
15、值：电阻值12，射极负反馈电阻，也起射极负反馈电阻，也起限流保护作用限流保护作用b1b2增加对称的负电源增加对称的负电源-USC，使静态时的，使静态时的A点电位为点电位为09.5 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL电路电路OCL电路电路 tuo交越失真交越失真ui t+USC-USCuiiLRLT1T2A存在交越失真存在交越失真OCL电路电路3.电路中增加复合管电路中增加复合管增加复合管的目的：增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。扩大电流的驱动能力。cbeT1T2ibicbecibic
16、1 2晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。cbeT1T2ibicbecibic复合复合NPN型型复合复合PNP型型改进后的改进后的OCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路：T1：电压推动级电压推动级 T2、R1、R2：UBE倍增电路倍增电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级复合管构成的输出级准互补准互补 输出级中的输出级中的T4、T6均为均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。型晶体管，两者特性容易对称。+USC-USCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6集成运放内部的功率放大器集成运放内部的功率放大器T5T6RC3RE2RLRC4R
17、E3T7T9T8T4R2R1T3R3RC1T1RC2T2-+RE4RE5T11T10+UCC-UEE第第1级：差动放大器级：差动放大器第第2级：差动放大器级：差动放大器第第3级：单管放大器级：单管放大器第第4级：互补对级：互补对称射极跟随器称射极跟随器9.6 实际功放电路实际功放电路这里介绍一个实用的这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其准互补功放电路。其中主要环节有中主要环节有：(1)恒流源式差动放大输入级（恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）；）；(2)偏置电路（偏置电路（R1、D1、D2）；）；(3)恒流源负载（恒流源负载（T5）；）；(4)OCL准互补功放输出级（准互补功放输
18、出级（T7、T8、T9、T10）；）；(5)负反馈电路（负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反构成交流电压串联负反馈）；馈）；(6)共射放大级（共射放大级（T4）；）；(7)校正环节（校正环节（C5、R4）；）；(8)UBE倍增电路（倍增电路（T6、R2、R3）；）；(9)调整调整输出级工作点元件输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。）。+24VuiRLT7T8RC8-24VR2R3T6Rc1T1T2Rb1Rb2C1RfR1D1D2T3Re3T4Re4C2T5Re5C3C4T9T10Re10Re7Re9C5R4BX差动放大级差动放大级反馈级反馈级偏置电路偏置电路共射
19、放大级共射放大级UBE倍增倍增电路电路恒流源恒流源电路电路准互补功放级准互补功放级保险管保险管负载负载实用的实用的OCL准互补功放电路：准互补功放电路：RC低通低通 9.7 集成功率放大器集成功率放大器特点：特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。当连线，即可向负载提供一定的功率。集成功放集成功放LM384：生产厂家：生产厂家：美国半导体器件公司美国半导体器件公司电路形式：电路形式：OTL输出功率：输出功率：8 负载上可得到负载上可得到5W功率功率电源电压：电源电压：最大为最大为28V 集成功放集成功放 LM384管脚说明
20、管脚说明:)12345 6789101112131414-电源端（电源端（Vcc）3、4、5、7-接地端（接地端（GND）10、11、12-接地端（接地端（GND）2、6-输入端输入端 （一般（一般2脚接地）脚接地）8-输出端输出端 （经（经500 电容接负载）电容接负载）1-接旁路电容（接旁路电容（5 ）9、13-空脚（空脚（NC）集成功放集成功放 LM384 外部电路典型接法：外部电路典型接法：500-+0.1 2.7 8146215 Vccui8 调节音量调节音量电源滤波电容电源滤波电容外接旁路电容外接旁路电容低通滤波低通滤波,去除高频噪声去除高频噪声输入信号输入信号输出耦合大电容输出耦
21、合大电容所示电路中已知所示电路中已知VCC 15V，输入电压为正弦波，晶体管，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降的饱和管压降UCES 3V，电压放大倍数约为，电压放大倍数约为1，负载电阻，负载电阻RL 4欧，欧，（1）求解负载上可能获得的最大功）求解负载上可能获得的最大功率和效率率和效率（2）若输入电压最大有效值为）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的最大功率为多少。则负载上能够获得的最大功率为多少。解解（1）Wmm18R2UVRUPL2CESCCLO2O）（628.0VUV4PPCCCESCCVOm（2）因为）因为UOUi，所以，所以UOm8V。最大输出功率。最大输出功率Wmm1648RUP2LO2ORLRD1D2T1T2+VCC+ui+uo VCCV5uiP490 公式公式9.2.4
