（微电子学与固体电子学专业论文）基于双极工艺的音频功率放大器设计.pdf

摘要 音频功率放大集成电路目前主要应用于智能化、小型化的电子系统中，尤其在 民用方面，需求量非常大，因此对该功率放大器的研究具有重要意义。 论文研究设计了一款音频功率放大器集成电路芯片。在研究分析音频功率放大 器工作原理的基础上，结合实际应用要求，设计了一种音频功率放大器系统结构， 并依据该结构和设计指标对电路进行划分，包括差分输入，放大，负反馈，带宽 补偿，热保护，过流保护等模块，接着对每一模块的工作原理进行了详细的分析 讨论，并对模块进行了晶体管级的电路设计。 采用汉磊1 5 p n a x 2 极模型参数对各模块电路和功率放大器整体电路进行了模拟 仿真，结果表明各模块电路和整体电路性能参数达到了设计指标。电路稳定性高， 谐波失真小，最大输出功率达到了8 w ，性能优良，可靠性高。 基于汉磊1 5 1 m a 双极工艺，应用c a d e n c e 下的v i s t u o s ol a y o u te d i t o r 完成了电路芯 片的版图设计。为了满足芯片的热可靠性，版图设计考虑了布局布线的热对称性， 并且通过d i v a 、l v s 对电路的版图完成了提取和验证。 关键词：功率放大器音频b 类 双极工艺 a b s t r a c t a u d i op o w e ra m p l i f i e ri sw i d e l yu s e di n m u l t i m e d i as y s t e m sa tp r e s e n t a n di ti sa l s o i n d u s t r yp r o d u c ta l lt h et i m e t h e r e f o r e ，t h e i m p o r t a n ta n do fg r e a ts i g n i f i c a n c e t h ef i e l do fm i n i m a l ，i n t e l l i g e n ta n d i ng r e a td e m a n da sat y p i c a lc i v i l i a n r e s e a r c ho na u d i op o w e ra m p l i f i e ri s b a s eo nt h ep r i n c i p l ea n dp e r f o r m a n c ea n a l y s i so fa u d i op o w e ri n t e g r a t e dc i r c u i t ，a s y s t e ms t r u c t u r eo fa u d i op o w e ra m p l i f i e ri sd e s i g n e di nt h i sp a p e r t h es y s t e mi s d i v i d e di n t om a n yp a r t sa c c o r d i n gt ot h ed e s i g n i n gg o a l ，i n c l u d i n gd i f f e r e n t i a li n p u t s t a g e ，m i d d l ea m p l i f i e r ，n e g a t i v ef e e d - b a c k ，b a n d w i d t hc o m p e n s a t i o nc i r c u i t ，r e f e r e n c e ， t h e r m a lp r o t e c t i o nc i r c u i t ，o v e r - c u r r e n tp r o t e c t i o n ，i n p u tr a n g el i m i t e db l o c ke t c t h e p r i n c i p l eo fe v e r yb l o c ki sa n a l y z e da n dd i s c u s s e di nd e t a i lf i r s t l y , a n dt h e nt h ec i r c u i t o ft h es y s t e mi sr e a l i z e di nt r a n s i s t o rl e v e l t h ew h o l ec i r c u i to ft h ea u d i oa m p l i f i e ri ss i m u l a t e di nh s p i c eb a s e do ne p i s i l 1 5 1 x mb i p o l a rm o d e lp a r a m e t e r ，t h es i m u l a t i o nr e s u l t ss h o wt h a tt h es y s t e mw o r k sv e r y w e l la n dg e th i g hs t a b i l i t y ，s m a l lh a r m o n i cd i s t o r t i o n ，am a x i m u mo u t p u tp o w e ro fs w t h el a y o u to ft h ec h i pi sa l s od e s i g n e db yu s i n gt o o l so fv i r t u o s ol a y o u te d i t o ri n c a d e n c ei ne p i s i l1 5 岫b i p o l a rp r o c e s s i no r d e rt og e tt h e r m a ls t a b i l i t y ，t h el a y o u to f t h ea u d i op o w e ra m p l i f i e ri sc o m p l e t e da c c o r d i n gt ot h ep r i n c i p l eo fh e a ts y m m e t r y b y u s i n gt h et o o l so fd w aa n dl v s ，t h el a y o u to ft h ew h o l ec i r c u i ti se x t r a c t e da n d v e 一6 e d k e y w o r d s ：p o w e ra m p l i f i e r a u d i o t y p ebb i p o l a rp r o c e s s 西安电子科技大学 学位论文独创性( 或创新性) 声明 秉承学校严谨的学风和优良的科学道德，本人声明所呈交的论文是我个人 在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。尽我所知，除了文中特别加以 标注和致谢中所罗列的内容以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究 成果；也不包含为获得西安电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中做了明确的 说明并表示了谢意。 申请学位论文与资料若有不实之处，本人承担一切的法律责任。 本人签名： 西安电子科技大学 关于论文使用授权的说明 本人完全了解西安电子科技大学有关保留和使用学位论文的规定，即：研究 生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属西安电子科技大学。学校有权保 留送交论文的复印件，允许查阅和借阅论文；学校可以公布论文的全部或部分内 容，可以允许采用影印、缩印或其它复制手段保存论文。同时本人保证，毕业后 结合学位论文研究课题再撰写的文章一律署名单位为西安电子科技大学。 ( 保密的论文在解密后遵守此规定) 本人签名：龟肇啦日期兰蔓聋幽 导师签名：e t 期望墨：堑 第一章绪论 1 1 功率放大器的发展现状及国内外研究概况 功率放大器从工艺结构来看，可分为半导体集成和混合集成两大类。单片半导 体集成电路是把所有的元器件都制作在同一块半导体芯片上。混合集成电路则是 厚膜、薄膜和半导体集成工艺的联合制品，由半导体集成工艺与薄( 厚) 膜工艺 结合而制成的集成电路。 混合集成电路是在基片上用成膜方法制作厚膜或薄膜元件及其互连线，并在同 一基片上将分立的半导体芯片、单片集成电路或微型元件混合组装，再j l - 力n 封装 而成。它与分立元件电路相比，混合集成电路具有组装密度大、可靠性高、电性 能好等特点。相对于单片集成电路，它设计灵活，工艺方便，便于多品种小批量 生产，并且元件参数范围宽，精度高，稳定性好，可以承受较高电压和较大功率。 混合集成电路的应用以模拟集成电路、微波集成电路、光电集成电路为主，也用 于电压较高、电流较大的专用电路中。在微波领域中的应用尤为突出。早期由于 混合集成的灵活性较大，因而混合功率集成电路占主导地位。 7 0 年代以后，单片半导体集成日臻完善，中低功率的功率集成电路大都采用单 片集成，有些大功率的集成电路仍然采用混合集成电路。目前，国内在功率集成 电路设计领域，主要采用混合集成的方式，单片功率集成电路几乎都是中、小功 率电路。由于在电路结构设计中没有自散热电路，在芯片使用时加散热器进行强 迫散热。国外，在功率集成电路设计中目前有热关闭电路，通过热关闭电路检测 基片温度，把热量传导出去，起到降温的作用。但目前国外所设计的热关闭电路 的自检测和自散热功能不完善。因此近年来又出现了粘贴半导体制冷器的方式对 芯片进行强迫散热。因为集成电路基片采用的是半导体材料，所以半导体制冷器 能很好的把半导体芯片的热量传导出去。但半导体制冷器功耗大，成本高，而且 一旦半导体制冷器损坏，芯片的整个散热系统都将崩溃，芯片将不能正常工作。 鉴于国内外功率集成电路热设计的现状，对芯片的热设计进行研究是十分必要的， 使热设计电路具有自检测和自散热功能，自检测电路通过器件的热敏感特性检测 基片温度，当温度达到一定程度时，自散热电路就会从功率模块电路分走一部分 功率，基片的温度就自然下降。 半导体功率器件可分成分立功率器件和功率模拟集成电路两类，目前分立功率 器件的产品种类较多。功率模拟集成电路则主要是电源电路，其他类型的产品较 少。功率集成运算放大器是信号处理与负载推动电路的集成，是一种功能集成度 高的半导体功率器件。通用运算放大器主要是信号处理器件，要想推动负载工作 。基于双极工艺的音频功率放大器设计 就要另加电路组件。功率集成运算放大器不仅能进行信号处理而且具有推动负载 的作用，所以说与通用运算放大器相比，它提高了功能的集成度，相当于电路规 模集成度的提高，使整个电路系统的体积变小。 音频功率放大器目前在小型化、智能化应用领域，主要针对音频放大的特殊要 求而定制的专用功率放大器芯片。目前国外有竞争力的厂家主要有美国国家半导 体公司和t i 公司等。国内自产功率集成电路这一领域，生产厂家较少，因此在国 内市场所占份额很少，不足1 0 。在单片功率放大器方面，t i 半导体公司的产品 t p a l 5 1 7 采用双极型工艺，输出级采用互补推挽结构，为了扩展输出电流，输出管 采用达林顿复合管，输出功率达到6 w ；失调电压为l m v ，开环电压增益为8 0 d b ， 闭环增益固定2 0 d b 。通过对性能比较看出，我国在功率集成电路这一领域和国外 先进水平还存在一定的差距。所以对本课题的研究可以找出该类产品在电路设计 与生产工艺技术方面的差距，提高我国在这一领域的产品水平。 1 2 本课题的研究背景及意义 音频功率放大器的研究可以提高我国此领域产品的水平。就应用角度来说，对 音频功率放大器的研究必不可少，音频功率放大器是典型的民用产品，在民用消 费品、多媒体、嵌入式开发等领域中广泛应用。因此对于音频功率放大器的研究 重要的经济效益和社会效益。 本课题所设计的音频功率放大器要求有大的电流驱动能力，驱动4q 负载电路 工作，失真度小。双极与m o s 集成电路相比，双极型集成电路具有速度高、失调 电压较小、电源抑制比好、电流驱动能力强、抗干扰能力强等特点【l 】。双极型晶体 管工艺超出m o s 两个突出的优点：更高的跨导和优越的器件匹配。这些特点使双 极电路速度更快、功耗更低且精度更高。许多高性能运算放大器和比较器都采用 双极电路来减小输入失调并提高输出驱动。某些类型的高速逻辑电路也采用双极 器件作为驱动输出。大部分最高速和最好精度的集成电路都采用某种形式的双极 电路。 本课题的设计选用了双极型工艺来实现电路设计。双极型集成运放电路设计中 首要考虑的问题是，元器件间需要隔离。目前已有多种隔离方式，j t n p n 结隔离、 全介质隔离及p n 结一介质混合隔离等。根据不同的要求，选择适当的隔离方式。 此外要注意减小寄生效应( 寄生p n p 管、寄生电容效应等) 【2 】。在选择电路形式时应 考虑扩散电阻的特点，集成电路中的电阻是用扩散法制造的，阻值不易做准，但 电阻间的比值可以做的较准。这就可以选择适当的电路形式，使电路参数对电阻 的精度要求不高或只跟电阻比值有关。此外，扩散电阻还有寄生效应、温度系数 大等其他一些缺点，这些都应在设计时加以考虑。 茎二主篁笙 圣 研究音频功率放大器电路首先要对大功率管进行研究，功率放大器的输出管最 大额定集电极电流i c 与以下因素有关：连接外部电极和半导体的导线承受的最大电 流；使电流增益下降到特定最小值的集电极电流；或者当晶体管饱和时，使其消 耗功率为最大的集电极电流。功率管用于承受很大电流，其发射区面积必须很大， 从而达到合理的电流密度，但是同时又要考虑电流集边效应，考虑使用单元管集 合来作为功率管得设计，同时考虑热检测和热保护的设计要求，对功率管的布局 作了适当的调整，旨在更有效的实现设计指标。 1 3 本课题的主要研究内容 木课题的任务主要是研究设计了一款音频功率放大器集成电路芯片。采用汉磊 1 5 l x m 双极模型参数对各模块电路和功率放大器整体电路进行了模拟仿真，并且基 于汉磊1 5 哪双极工艺，应用c a d e n c e 下的v i s t u o s ol a y o u te d i t o r 完成了电路芯片的 版图设计。 本文在利用l a k e r - a m s 提取网表信息和h s i p c e 仿真，设计电路和模拟仿真得到 电路参数的基础上，采用了汉磊的1 5 m 双极工艺规则进行了版图设计。本课题的 研究主要包括如下几方面的内容： ( 1 ) 对功率放大器电路原理进行分析，把电路进行模块划分，分别讨论各模块的 功能以及电路内的细节进行分析，设计能实现功能的电路及其工作流程。 ( 2 ) 详细电路设计分析，并提取网表，通过h s p i c e i 具仿真确定电路设计参数。 ( 3 ) 对采用的汉磊双极工艺进行分析，确定其是否满足电路设计的要求。 ( 4 ) 确定版图设计方法，应用c a d e n c e 完成版图设计的前期准备工作。 ( 5 ) 结合电路模拟结果和版图设计规则选择适当的器件图形结构，考虑布局布线， 最后完成电路的版图设计。 ( 6 ) 对版图进行d r c 和l v s 验证。 ( 7 ) 总结模拟集成电路版图设计的方法和技巧，为今后此方面的工作提供一定的 经验积累。 第二章音频功率放大器的设计方法 近年来，随着i c n 造工艺的发展和电路结构的更新，高性能运放的设计和制造 得到了迅速的发展，使得功率放大器在电子电路设计领域中得到非常广泛的应用。 功率放大器的输出功率较大，故可在伺服放大电路和音频放大电路中作为功率放 大使用，而在大功率继电器驱动电路和可控硅电路中可做推动电路。本人设计的 电路主要以t i 公司的t p a l 5 1 7 为参考设计模型进行设计，来阐述音频功率放大器的 设计思路和方法，详细分析设计每一模块的电路，最终完成一款符合设计指标、 性能良好、可靠、音频功率放大器集成电路芯片的设计。 t p a l 5 1 7 是一款单电源供电的立体声功率放大器，包括两个相同的放大器，每 个放大器在t h d + n 为1 0 时，平均输出功率在6 w ；或者在t h d + n 为1 时，输出 功率5 w 。t p a l 5 1 7 固定增益为2 0 d b ，该放大器具有静音、待机保护、温度保护和 过流保护功能，供电电压从1 2 v 到2 2 v ，可以应用于宽电压供电系统中。 2 1 功率放大器设计原理 功率放大器按照信号导通角，可分为：a ，b ，c 和a b 类四类，对于功率放大器， 考虑到采用双极工艺和功率输出的效率，采用单电源供电的互补对称b 类推挽式 方案设计该音频功率放大器【3 1 。 对于b 类放大器的原理，主要从电路的结构来说明。 图2 - l 双电源互补对称b 类放大器 如图2 1 所示电路为例进行分析讨论互补对称b 类推挽功率放大器的工作原 理。由图可见，电路由两只性能完全匹配对称的异型管( n p n 与p n p 管) 组成的 具有共集电极结构的放大器。在静态时，两只管子均处于零偏而截止，故输出为 零。当输入一个内阻很小的正弦输入信号电压时，若忽略管子的基极导通电压， 则在正半周输入时，n p n 管子的发射结正偏而导通，p n p 管子的发射结反偏而仍 处于截止状态；在负半周输入时，p n p 管导通，n p n 管截止。这样在信号的一个 周期内，在负载r l 上就可以得到一个完整的正弦波输出信号。这种电路是利用了 互补对称的异型晶体管在正负半周期间轮流导通来实现信号放大的【3 。 在实际的电路设计中存在两个问题，一个问题是要选择两只特性完全一致的 异型功率晶体管在大功率情况下是特别困难的。另一个问题是，上面分析过程中 我们没有考虑晶体管基极和射极导通电压的影响，因此原理电路在两只互补管交 换工作的过零时刻，输出波形将产生严重的失真。这种失真成为交叉失真或者交 越失真。 为了解决实际电路中存在的这两个问题，采用复合管代替单个晶体管，复合管 的替代方案如下： ( b ) 图2 - 2 复合管的等效 ( a ) 等效的p n p 管( b ) 等效的n p n 管 图2 - 2 ( a ) 所示为等效的p n p 管，图2 - 2 ( b ) 为等效的n p n 管。为了提高复合管 的温度特性，减小穿透电流对i c e 0 1 对输出的影响，一般在t 2 管的发射结上并连 一只电阻r 1 ，从而减少等效复合晶体管总的穿透电流，如图2 3 所示。 图2 3 采用复合管的互补对称b 类推挽功率放大器 利用这种复合管组成的互补对称乙类推挽功率放大器电路，这种功率放大器晶 体管的输出管均变成同类型器件，这种电路为选择配对功率管提供了方便。 改进后的放大器采用单电源供电，结构原理如图猫所示： u l 图2 4 改进后的单电源互补对称b 类功放 在输入信号为零时，由于两管特性完全对称性，k 点电压为u k = 0 5 v c c 。但 是当输入信号加入后，要使n p n 管截止，如果不采取措施，p n p 的供电电源便会 消失，不能保证p n p 管的正常工作。为此在k 点与负载r l 之间串联一只几百微 法甚至更大的电容。在输入信号的正半周时，电容器经由 + 一五一c l r _ 地充电，在输出信号的负半周时，电容c l 上充电得到的 电压就作为t 2 管的直流电源，同时电容c l 通过t 2 管放电。为了保证负半周输出 时，t 2 管的供电电源电压数值基本不变，通常要求被放大信号的最低频率国，满 足条件，尺，c ，1 一般取5 1 0 倍【3 j 。 2 2 功率放大器电路结构 功率放大器是模拟集成电路的重要组成部分，种类繁多，具体的电路结构差别 很大，但其基本组成结构、基本构成原则在宏观上基本一致，功率放大器的基本 结构形式如图2 5 所示。 图2 5 运放的基本结构框图 功率放大器电路由差分输入级、中间放大级、输出级及偏置电路四大主要部分 组成。功率放大器输入级的主要作用是放大差模输入( v ，- v ) ，并将其变为单端信号 传给下一级。常见的输入级包括：共射差分输入级、共集一共基( c c c b ) 差分输入 级、共射一共基( c e c b ) 差分输入级、达林顿( d a r l i n g t o n ) 差分输入级、场效应管差 分输入级。中间放大级包括共射放大，频率补偿电路。功率放大器的输出级主要 包括输出级电路和输出级保护电路。常用的输出级电路有：单管射随器输出级、推 挽输出级、互补输出级【3 】。 功率放大器的设计，要保证有大的输出电压和输出电流，因此其设计主要在于 对集成运放输出级的设计上。为了保证输出的电压和电流的要求，一般采用复合 管来解决多级的电压和电流的放大。本文设计电路主要是单级电压放大，多级的 电流放大，来实现输出的电压和电流要求。在输出级的电路结构中，除了要有过 压过流保护电路之外，还要有热检测和热保护电路。 本文所设计的功率放大器的电路结构框图如图2 - 6 所示： 图2 6 功率放大器的结构框图 偏置电路主要在稳定静态工作点，为各个模块提供稳定的工作状态；限幅电路 为限制输入信号在1 4 v 之间，保证信号输入过大不会对后级电路造成破坏；输 入级为p n p 管组成的差分电路，对信号进行放大，并转化为单端输出；中间级电 路放大差分输出信号；功率输出级为大功率驱动管，输出大电流，推动负载工作； 负反馈电路将功率输出级信号以电压负反馈形式反馈至差分放大级；基准电路钳 位功率驱动管静态工作点电压为0 5 v c c 。热检测和过热保护电路，负责监测基片 温度，在基片温度超过限制温度后，调节功率输出，保证电路正常工作。 功率输出管占用芯片面积比较大，功率模块的功率密度大，产生的热量就高， 对输入级和中间级的参数有所影响。比如对输入级的失调电压和失调电流的影响， 由于集成电路芯片上有较大的温度梯度，造成差分对管b e 结的结温不同，则可产 生附加温漂，使输入级的失调电压和失调电流增大。由于运放的部分参数指标主 要由输入级决定，如输入失调电压、输入失调电流、输入偏置电流、共模抑制比 等，只要输入级的有关元件对称性好，差分输入对管有良好的小电流特性，所以 对输出级电路的功率扩展对这些参数影响不大f 射。 2 3 功率模块的热检测和自散热 功率集成电路是一种高功率密度的器件，耗散的功率较大，芯片的温度较高。 功率放大器的功率模块要有热检测电路测量芯片温度。当芯片的温度达到本身所 承受的最大温度范围时，为了使芯片能正常工作，即不被烧坏，所以在功率模块 的电路结构中要有热检测电路来检测芯片的温度。利用晶体管的温度特性检测芯 片的温度，晶体管的重要特点之一是其参数对于温度的变化很敏感，主要参数随 温度的变化率如表2 1 所示，其外特征的主要表现是工作电流l 随温度升高而增 大。利用温度与晶体管参数的关系，确定芯片达到某一温度时启动自散热电路。 表2 1 硅n p n 双极型晶体管参数随温度的变化 8 如b c d e t 0 5 一2 m v + o 2 o + 3 m v r 朋0 3 m 1 ，所以a ，= 兰= = 二，表明在深反馈的情况下，闭环增益主要取决 j 七a j l 于反馈系数，而与开环增益关系不大。 图3 - 6 负反馈等效电路 负反馈设计电路如图3 6 所示，电路m q 8 ，q 1 0 ，q 1 5 ，q 1 3 8 丑成2 级差分放大器，反 馈信号u 1 经过r 1 0 9 ，r 1 2 0 输入到差分i i 的q 8 ，q 1 0 的基极，q 8 为差分的正相输入端， q l o 为差分的负相输入端，l l 为差分的基准电压，大约为0 5 v c c ，信号从q 8 ，q l o 输 入，经过q 1 5 ，q 1 3 放大后，分别从差分的正相和负相输出，输出信号在a 1 点与信号 差分放大器信号叠加，共同组成中间级放大器的净输入信号 3 】，经过中间级的放大 后，推动功率输入管工作。 如图3 6 所示，反馈系数为r 1 2 0 r 1 0 9 = 0 1 ，由式( 3 1 5 ) 得， j1 a ，= 兰一= 二= 1 0 式( 3 1 6 ) 笙三主童塑垫皇整奎矍皇堕堡盐l 旦 3 3 功率放大器中间增益级电路设计 在集成运放中，通常把输入级和输出级之间的电路统称为中间级。中间级的主 要任务是提供足够大的电压增益。从这个目标出发，不仅要求中间级本身具有较 高的电压增益，同时为了减少对前级的影响，还应具有较高的输入电阻：尤其当 输入级采用有源负载时，输入电阻问题更为重要，否则将使输入级的电压增益大 为下降，失去了有源负载的优点【9 l 。另外，中间级还应向输出级提供较大的推动电 流，达到驱动功率管工作的要求。 图3 7 功率放大器的中间放大级等效电路 功率放大器的中间级电路如图3 7 所示，电压放大i 拍q 8 4 完成，q 8 4 处于共射 放大状态，具有较大的电压增益，q 7 7 a 为钳位作用，使得a 点的静态电压为 s v r r ，保证a 点能够在中心点实现全摆幅，减小由于静态点引起的失调。其中 电容c 7 为滞后补偿电容，用来消除高频自激并滤去高频干扰信号。为了保证运 放闭环工作的稳定性，运放采用密勒补偿技术进行频率补偿。在芯片内部集成 1 5 p 的电容，并连在q 8 4 的集电极和基极，利用密勒效应对电容的倍增作用，q 8 4 的反馈通路上接入一个电容c 7 来克服这个缺点，这样做使得极点分离【6 】。 后级推动部分电流放大倍数，= a 开路时： 电压增益主要由恒流源负载q 1 8 1 的r o 决定 根据工艺参数： k f = 4 1 8 4 = 6 0 u a r o = l ，k 8 4 = 6 8 3 k a ”2 = g q 8 4 。r o = 1 5 7 6 接负载时： 式( 3 1 7 ) 式( 3 1 8 ) 电压增益主要由恒流源负载q 1 8 l 的r o 和负载电阻共同决定。 从a 点向右看的等效输入阻抗为 屯= 屏勉式( 3 1 9 ) 8 f = 2 0 1 0 0 x 1 0 0 = 2 0 0 k 如”= 2 0 0 k x 4 = 8 0 0 k 则a 点的等效输入阻抗为 毗”= 8 0 0 kl j6 8 3 k = 3 6 8 k式( 3 2 0 ) 以2 = g 螂4 屯i - 8 5 0 式( 3 - 2 1 ) 本文所设计的运算放大器的增益级取得了较好的低频电压增益。利用密勒效应， 用一个小电容实现全补偿。去掉外部大电容的补偿，有利于提高系统的集成度， 可应用于嵌入式的系统中。 3 4 功率放大器功率输出级电路设计 音频功率放大器功率输出级电蹭7 】主要实现功率驱动，由于放大器的输入级和 中间级都工作在小信号状态，他们的主要功能是提供足够高的增益，以驱动输出 级工作。输出级一般都采用大信号状态，它的任务是以最小的失真向负载提供足 够大的功率。因此，这部分电路通常称为功率放大器。功率放大电路是以输出功 率为重点的放大电路，它通常作为集成电路的输出级，其主要任务是向负载提供 所需的功率输出。在功率放大器中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压 要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的损坏与 保护问题也不可忽略。因此功率放大电路主要由克服交越失真的偏置电路、热关 闭电路、功率保护电路和输出级电路组成。 图3 - 8 功率放大器输出级电路 功率放大器功率输出级如图3 8 所示，主要是功率输出，为负载提供足够的 功率，电压放大在l 1 4 点完成，后级主要为电流放大，驱动功率输出管t 1 ，t 2 工作。 信号在l 1 4 节点分2 路信号，分别推动功率输出的正负半周，在正负半周分别 导通，以驱动负载工作。其中路信号，q 8 4 的c 极电流经过q 7 7 a ，l 1 4 的电压 在v c c 和g n d 之间摆动，幅度接近v c c ；电流经过q 8 4 的作用后反相，从q 1 9 1 的基极输入