第4章 功率放大电路

1、第第4章章 功率放大电路功率放大电路 4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 4.2互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路 4.3实际的功率放大电路实际的功率放大电路 4.4集成功率放大器集成功率放大器 4.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点 功率放大器实质上也是能量转换电路，它的主要特点功率放大器实质上也是能量转换电路，它的主要特点 就是工作在大信号状态下。就是工作在大信号状态下。 功功 率率 放放 大大 电电 压压 放放 大大 信信 号号 提提 取取 实际负载实际负载 一、一、 对放大电路的要求对放大电路的要求 二、放大电路中三极管的工作状态二、放大电路中三极

2、管的工作状态 功放电路中电流、电压要求都比较大，必功放电路中电流、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限值须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、 U(BR)CEO 、 PCM 。 过过 电电 压压 IC U(BR)CEO UCE O 过过 损损 耗耗 区区 安安 全全 工工 作作 区区 ICM 过流区过流区 三、放大电路的分析方法三、放大电路的分析方法 IC UCE O Q iC t O IC UCE O Q iC t O IC UCE O Q iC t O 四、功率放大电路的分类四、功率放大电路的分类 晶体管在输入信号晶体管在输入信号 的整个周期都导通的整个周期都

3、导通 静态静态IC较大，波形好较大，波形好, 管耗大效率低。管耗大效率低。 晶体管只在输入信号晶体管只在输入信号 的半个周期内导通，的半个周期内导通， 静态静态IC=0，波形严重失，波形严重失 真真, 管耗小效率高。管耗小效率高。 晶体管导通的时间大于半晶体管导通的时间大于半 个周期，静态个周期，静态IC 0，一般，一般 功放常采用。功放常采用。 1、按功放管工作状态（导通时间的长短）分：、按功放管工作状态（导通时间的长短）分： （1） OTL功率放大电路功率放大电路 有输出电容互补对称功率放大电路有输出电容互补对称功率放大电路 单电源供电，有输出大电容单电源供电，有输出大电容 2、按电路形式

4、划分：、按电路形式划分： （2） OCL功率放大电路功率放大电路 无输出电容互补对称功率放大电路无输出电容互补对称功率放大电路 双电源供电双电源供电 一、电路组成和工作原理一、电路组成和工作原理 单电源单电源 输入输出波形图输入输出波形图 ui uo uo uo 交越失真交越失真 死区电压死区电压 由于晶体管存在死区电压，由于晶体管存在死区电压， 在输出在输出Uo正、负半周交界处正、负半周交界处 出现的台阶现象。出现的台阶现象。 由晶体管的非线性特性引起由晶体管的非线性特性引起 的失真，是非线性失真的失真，是非线性失真 。 OCL甲乙类互补对称输出级甲乙类互补对称输出级 输入电压的正半周：输入

5、电压的正半周： VCCT1RL地地 输入电压的负半周：输入电压的负半周： 地地RL T2 VCC OCL互补电路的图解法互补电路的图解法 二、互补对称电路主要参数的估算二、互补对称电路主要参数的估算 cemCCCES LL cm UVU I RR 不考虑不考虑uCES时，输出功率是时，输出功率是AQO的面积，故称该三角形为功的面积，故称该三角形为功 率三角形。率三角形。此时输出功率最大。此时输出功率最大。 CCCC cem L cemCC 2 L cem V o V4 V U 4 R U2V 2R U 100% P P CESCC U-V CCCESCC cm LL VUV I RR CC C

6、M L V I R CE1EC2CC 2UUV CE1CE2CC | 2UUV CE1CCCES2CC 2| 2UVUV (BR)CEOCC 2UV CC Tm2 L 2 V P R 【例】已知晶体管的【例】已知晶体管的PCM、ICM、U(BR)CEO足够大，试求：足够大，试求： (1)在在V1、V2管的管的UCES=0时，电路最大不失真输出功率时，电路最大不失真输出功率Pom； (2) UCES=3V时电路最大不失真输出功率时电路最大不失真输出功率Pom及效率及效率实 实； ； (3)V1、V2管的最大管耗管的最大管耗PTm1 ，PTm2 ； (4)管子的耐压管子的耐压URM； (5)应如何

7、选功率管。应如何选功率管。 14W 82 15 2R V P 2 L 2 CC oM (1) UCES=0时，时， 【例】已知晶体管的【例】已知晶体管的PCM、ICM、U(BR)CEO足够大，试求：足够大，试求： (1)在在V1、V2管的管的UCES=0时，电路最大不失真输出功率时，电路最大不失真输出功率PoM； (2) UCES=3V时电路最大不失真输出功率时电路最大不失真输出功率Pom及效率及效率实 实； ； (3)V1、V2管的最大管耗管的最大管耗PTm1 ，PTm2 ； (4)管子的耐压管子的耐压 U（ （BR）CEO ； ； (5)应如何选功率管。应如何选功率管。 W 82 315

8、2R UV P 2 L 2 CESCC om 9 解：解： (2) UCES= 3V时，时， 62.8% 15 315 78.5% V UV 4 CC CESCC 【例】已知晶体管的【例】已知晶体管的PCM、ICM、U(BR)CEO足够大，试求：足够大，试求： (1)在在V1、V2管的管的UCES=0时，电路最大不失真输出功率时，电路最大不失真输出功率PoM； (2) UCES=3V时电路最大不失真输出功率时电路最大不失真输出功率Pom及效率及效率实 实； ； (3)V1、V2管的最大管耗管的最大管耗PTm1 ，PTm2 ； (4)管子的耐压管子的耐压U（ （BR）CEO ； ； (5)应如何

9、选功率管。应如何选功率管。 解：解： (3) PTm1=PTm1=0.2PoM =0.2 14 =2.8W U（ （BR）CEO = 2VCC=30V (4) 【例】已知晶体管的【例】已知晶体管的PCM、ICM、U(BR)CEO足够大，试求：足够大，试求： (1)在在V1、V2管的管的UCES=0时，电路最大不失真输出功率时，电路最大不失真输出功率PoM； (2) UCES=3V时电路最大不失真输出功率时电路最大不失真输出功率Pom及效率及效率实 实； ； (3)V1、V2管的最大管耗管的最大管耗PTm1 ，PTm2 ； (4)管子的耐压管子的耐压U（ （BR）CEO； ； (5)应如何选功率

10、管。应如何选功率管。 解：解： (5) PCMPTm1=2.8W |U(BR)CEO|2VCC=30V ICM VCC/RL=15/8=1.875A OTL互补对称电路的图解法互补对称电路的图解法 CCCESCC cm LL /2 2 VUV I RR CC CM L 2 V I R CE1CE2CC |UUV CE1CCCES2CC |UVUV (BR)CEOCC UV 一、复合管的接法及其一、复合管的接法及其和和r rbe be 1.复合管的接法复合管的接法 可以获得很高的电流放大系数可以获得很高的电流放大系数 VT1b VT2 e c VT2 VT1b e c ( (a) ) NPN 型

11、型 ( (b) ) PNP 型型 两个相同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。两个相同类型的三极管组成复合管，其类型与原来相同。 ( (c) ) NPN 型型 c VT1b VT2 e ( (d) ) PNP 型型 VT2 VT1 b e c 两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三 极管相同。极管相同。 很难互补对称很难互补对称 可实现互补对称可实现互补对称 二、复合管组成的互补对称放大电路 调整调整静态静态 工作点工作点 目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集目前，利用集成电路工艺已经能够生产出品种繁多的集 成功率放大器。

12、成功率放大器。 集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一集成功放除了具有一般集成电路的共同特点外，还有一 些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高，些突出的优点，主要有温度稳定性好，电源利用率高， 功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路功耗较低，非线性失真较小等，还可以将各种保护电路 也集成在芯片内部，使用更加安全。也集成在芯片内部，使用更加安全。 集成功放从用途划分，有集成功放从用途划分，有通用型功放通用型功放和和专用型功放专用型功放。 从芯片内部的构成划分，有从芯片内部的构成划分，有单通道功放单通道功放和和双通道功放，双通道功放， 从输出功率划分，有从输出功率划分，

13、有小功率功放小功率功放和和大功率功放大功率功放。 集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在 于，对前者要求输出更大的功率。于，对前者要求输出更大的功率。 为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合 管组成。管组成。 另外，通常要求更高的直流电源电压。另外，通常要求更高的直流电源电压。 对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装对于输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装 散热片。散热片。 由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外由于集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外 接。接

14、。 有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许有时为了使用方便而有意识地留出若干引线端，允许 用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。用户外接元件以灵活地调节某些技术指标。 8 2 7 1 6 3 5 4 R3 R2 R1 R4R5 R7 R6 15k 15k 50k 1.35k150k15k 50k VT1 VT2 VT3 VD1 VT10 VT4 VT5 VT7 VT 8 VT6 VT9 VD2 输入级为双输入级为双 端输入、单端输入、单 端输出差分端输出差分 放大电路放大电路 镜像电流源镜像电流源 中间级中间级 引入一个电压串联负反引入一个电压串联负反 馈，减小非线性失真。馈，减小非线

15、性失真。 一、集成功率放大器的电路组成一、集成功率放大器的电路组成（LM386） 参数参数测试条件测试条件最小最小典型典型最大最大 单位单位 工作电源电压（工作电源电压（V+） LM386N-1,-3，LM386M-1 LM386N-4 4 5 12 18 V V 静态电流（静态电流（IQ ）V+ =6V, Ui =048mA 输出功率（输出功率（ PO） LM386N-1，LM386M-1 LM386N-3 LM386N-4 V+ =6V, RL =8,THD=10% V+ =9V, RL =8,THD=10% V+ =16V, RL =32,THD=10% 250 500 700 325

16、700 1000 mW mW mW 电压增益（电压增益（Au ） V+ =6V, f =1kHz 引脚引脚1、8间接间接10F电容电容 26 46 dB dB 带宽带宽(BW)V+ =6V, 引脚引脚1、8开路开路300kHz A 二、集成功率放大器的主要技术指标 参数参数测试条件测试条件最小最小典型典型最大最大 单位单位 总谐波失真（总谐波失真（THD) V+ =6V, RL =8 ,PO=125mW f =1kHz , 引脚引脚1和和8开路开路 0.2% 电源抑制比（电源抑制比（PSRR） V+ =6V, f =1kHz , CB=10F 引脚引脚1和和8开路，指输出端开路，指输出端 48mA 输入电阻（输入电阻（ ri）50k 输入偏置电流（输入偏置电流（IIB ）V+ =6V,引脚引脚2和和3开路开路250nA A 1 2 3 6 4 5 7 8 V 增益控制增益控制 反相输入端反相输入端