教学第7章-低频功率放大器课件

第7章低频功率放大器

通过本章学习，你可以掌握以下内容：1．低频功率放大电路的主要形式；2．实用的OTL、OCL和BTL功率放大电路；3．集成功率放大器的应用。

第7章低频功率放大器

通过本章学习，你可以掌握以下内容：17.1概述

推动一个实际负载需要的功率较大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。图7.1功率放大器的应用7.1概述

推动一个实际负载需要的功率较大。能输出较大功27．1．1功率放大电路的要求功率放大器的性能（1）最大输出功率功率放大器提供给负载信号功率的大小为功放的输出功率。最大输出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率。（3）非线形失真互调失真等等来描述（这些指标的详细含义请参照有交高保真音响的资料）。（4）安全功率放大器的输出管工作在高电压、大电流，工作温度高，因此，在电路设计中必须充分考虑功率放大管的安全。7．1．1功率放大电路的要求功率放大器的性能（2）效率（33

7．1．2功率放大器工作状态的分类

甲类状态，导通角θ=360°，甲类放大器常用于电压放大。乙类状态，导通角θ=180°，功率放大器。甲乙类状态，180°<θ<360°，功率放大器。丙类状态，θ<180°，用于发射机中的谐振功率放大器。图7.2四类功放的工作状态示意图7．1．2功率放大器工作状态的分类

甲类状态，导通角θ=47．1．3单管甲类功率放大器甲类功放的最大缺点是效率低下。原因主要是甲类放大器在无信号时也必须供给很大的工作点电流。图7.4甲类放大器的最佳工作点7．1．3单管甲类功率放大器甲类功放的最大缺点是效率低下。原57．1．4乙类功率放大器

1.无输出变压器的功率放大器图7.5无输出变压器（OTL）的功率放大器当ui>0时，V1管导通，电流如图中实线所示，VCC通过V1和RL对C进行充电，uo≈ui；当ui<0时，V2管导通，电流如图中虚线所示，C通过V2和RL进行放电，uo≈ui；电路输出电压跟随输入电压。由于iRL=βiB，输出电流iRL增大了，输出功率就提高了。7．1．4乙类功率放大器

1.无输出变压器的功率放大62.无输出电容的功率放大器图7.6无输出电容（OCL）的功率放大器静态时，ui=0，V1和V2均截止，输出电压为零。输入为正弦波，当ui>0时，V1管导通，V2管截止，正电源供电，电流如图中实线所示uo≈ui；当ui<0时，V2管导通，V1管截止，电流如图中虚线所示，由uo≈ui。两只管子交替工作方式称为“互补”工作方式。2.无输出电容的功率放大器图7.6无输出电容（OCL）73.桥式推挽功率放大器图7.7桥式推挽功率放大器结构图当ui>0时，V1和V4管导通放大，V2和V3管截止，负载上uo获得正半周电压；当ui<0时，V2和V3管导通放大，V1和V4管截止，负载上uo获得负半周电压。3.桥式推挽功率放大器图7.7桥式推挽功率放大器结构图当87．1．5D类功率放大器

1.D类功率放大器，将音频信号转换成脉宽变化的脉冲波的形式输出，再由脉冲放大器放大输出，然后通过低通滤波电路还原成音频信号。效率可以做得很高。2.D类功率放大器由调制器、开关输出电路、低通滤波器组成。图7.8D类功率放大器的典型结构7．1．5D类功率放大器

1.D类功率放大器，将音频信号97．1．5D类功率放大器

图7.9调制器工作原理图7.10桥式开关输出和低通滤波器7．1．5D类功率放大器

图7.9调制器工作原理10单管功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管均工作在乙类状态；D类功率放大器输出管工作于开关状态小结单管功率放大器只能应用于小功率输出的场合；小117.2互补对称功率放大电路7.2.1OCL电路的组成及工作原理(a)基本互补对称电路（b）三极管的输入特性（c）交越失真现象图7.9OCL中的交越失真缺点：会产生交越失真7.2互补对称功率放大电路7.2.1OCL电路的组成及工127.2.1OCL电路的组成及工作原理图7.10实用的OCL功率放大器静态时，由于增加了R2、D1、D2的存在，两只管子均处于临界导通或微导通态。调节R2可改变这两个管子的静态工作点。工作时，两个管的导通时间都比输入信号的半个周期长，从而解决交越失真的问题，这种电路称为工作在甲乙类状态7.2.1OCL电路的组成及工作原理图7.10实用的O137.2.2OCL电路的输出功率与效率

最大输出功率则供电电流平均功率转换效率7.2.2OCL电路的输出功率与效率

平均功率转换效率147.2.3功率放大管的选择

1．最大管压降V1管子要承受的最大管压降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗损耗即功放管集电极最大功耗PCM为理想OCL最大输出功率的五分之一。2．集电极最大电流7.2.3功率放大管的选择

1．最大管压降3．最大功耗损耗157.2.4功率放大器的安全运行

方法：功放管的C-E间加过压保护，装限流电阻，考虑散热。图7.11三极管管芯的散热（a）管芯散热模型（b）热阻等效电路图7.12两种散热器7.2.4功率放大器的安全运行方法：功放管的C-E间加过16例7．1图7.9所示电路的负载为8Ω，晶体管饱和管压降|UCES|=2V，试问：

（1）若负载所需最大功率为16W，则电源电压至少应取多少伏？

（2）若电源电压取20V，则晶体管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗各为多少？

解：（1）根据（2）最大不失真输出电压的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶体管电极最大功耗晶体管集电极最大电流最大管压降例7．1图7.9所示电路的负载为8Ω，晶体管饱和管压降|U17§7.3集成功率放大电路7.3.1集成功率放大器电路分析1、LM386图7.14LM386的外形和引脚排列图图7.15LM386典型应用§7.3集成功率放大电路7.3.1集成功率放大器电路分析182、TDA2030图7.17TDA2030构成的BTL电路IC1构成同相放大器，IC2构成反相放大器；ui由IN端经C1隔直耦合后输入到IC1，经放大后从④脚输出，IC2的输入信号由IC1的输出通过R7经C5耦合输入，IC2构成放大倍数为1的反相放大器。2、TDA2030图7.17TDA2030构成的BTL电路192、TDA2030图7.18TDA2030构成的OCL电路当电源电压为±14V、负载为8Ω时，单个TDA2030构成典型的OCL电路输出功率为11W。2、TDA2030图7.18TDA2030构成的OCL电207.3.2集成功率放大电路的主要性能指标表7.1TDA2030A极限参数参数电源电压Vcc输出峰值电流max允许功耗PD极限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要参数（温度为25°C）参数名称符号测试条件最小值典型值最大值单位静态电流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA电源电压VCC±10±22V电压增益GVO开环80dBGVC闭环25.5210210.5dB输出功率POf=40Hz.15kHz1518W谐波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大电路的主要性能指标表7.1TDA21小结1.功率放大器用于推动一个需要较大功率的负载。衡量功率放大器的性能主要从最大输出功率、效率、非线形失真、安全、频率响应、信噪比等方面来衡量。2.单管甲类功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管均工作在乙类状态，它们各有优缺点。OTL采用单电源供电，但有输出电容；OCL采用双电源供电，无输出电容；BTL可以采用单电源也可以采用双电源供电，同样的供电电压下，可以有更大的输出幅值。而D类功率放大器输出管工作于开关状态，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器选用时主要考虑输出功率、供电电压等指标就可选择合适的集成功率放大器。小结1.功率放大器用于推动一个需要较22实验八集成功率放大器的安装与测试一、实验目的1、掌握集成功率放大器外围电路元件参数的选择和集成功率放大器的使用方法。2、掌握功率放大电路的调整和指标测试。3、认识OTL功率放大电路的工作特点。三、实验原理实验电路参照图7.15，工作原理参照相关分析。二、实验仪器双踪示波器、函数发生器、晶体管毫伏表、数字万用表、直流稳压电源、LM386功率放大器实验八集成功率放大器的安装与测试一、实验目的三、实验原231、按图7.15安装实验电路，负载RL=8Ω。检查无误后，才可以接入直流稳压电源EC=+6V，进行测试。3．测量最大不失真功率Pom在放大器的输入端接入频率为400Hz的正弦信号，ui置最小；在放大器的输出端接上示波器和晶体管毫伏表，逐渐加大ui，使示波器显示出最大不失真波形，用示波器测出输出电压幅值Uom，然后计算最大不失真功率：2、用万用表测量LM386各引脚对地的直流电压。检查输出端电压是否符合正常要求，将测量结果填入表1中。四、实验内容1、按图7.15安装实验电路，负载RL=8Ω。检查无误后，才244．测量功率放大器的效率η用万用表的直流电流档测量直流稳压电源的输出电流I。稳压电源的输出功率：PE=IVS功率放大器的效率：5．测量电压增益在输入端输入频率为1000Hz、Ui=5mV的正弦信号。在不失真的情况下，用毫伏表测量输出电压uo。电压增益Au=uo/ui。

6、测量功率增益四、实验内容4．测量功率放大器的效率η5．测量电压增益6、测量功率增益251、画出实验电路图，标明元件值，说明各元件的作用。2、记录测试数据并说明是否正常。3、说明电压增益、功率增益有什么不同。五、实验报告要求1、画出实验电路图，标明元件值，说明各元件的作用。五、实验报26设计一套便携式扩音系统，要求采用电池供电、重量轻、尽可能高效率、输出功率尽可能大。六、想想做做设计一套便携式扩音系统，要求采用电池供电、重量轻、尽可能高效27第7章低频功率放大器

通过本章学习，你可以掌握以下内容：1．低频功率放大电路的主要形式；2．实用的OTL、OCL和BTL功率放大电路；3．集成功率放大器的应用。

第7章低频功率放大器

通过本章学习，你可以掌握以下内容：287.1概述

推动一个实际负载需要的功率较大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。图7.1功率放大器的应用7.1概述

推动一个实际负载需要的功率较大。能输出较大功297．1．1功率放大电路的要求功率放大器的性能（1）最大输出功率功率放大器提供给负载信号功率的大小为功放的输出功率。最大输出功率Po=IoUo。（2）效率功率放大器的最大输出功率与电源所提供的功率之比称为效率。（3）非线形失真互调失真等等来描述（这些指标的详细含义请参照有交高保真音响的资料）。（4）安全功率放大器的输出管工作在高电压、大电流，工作温度高，因此，在电路设计中必须充分考虑功率放大管的安全。7．1．1功率放大电路的要求功率放大器的性能（2）效率（330

7．1．2功率放大器工作状态的分类

甲类状态，导通角θ=360°，甲类放大器常用于电压放大。乙类状态，导通角θ=180°，功率放大器。甲乙类状态，180°<θ<360°，功率放大器。丙类状态，θ<180°，用于发射机中的谐振功率放大器。图7.2四类功放的工作状态示意图7．1．2功率放大器工作状态的分类

甲类状态，导通角θ=317．1．3单管甲类功率放大器甲类功放的最大缺点是效率低下。原因主要是甲类放大器在无信号时也必须供给很大的工作点电流。图7.4甲类放大器的最佳工作点7．1．3单管甲类功率放大器甲类功放的最大缺点是效率低下。原327．1．4乙类功率放大器

1.无输出变压器的功率放大器图7.5无输出变压器（OTL）的功率放大器当ui>0时，V1管导通，电流如图中实线所示，VCC通过V1和RL对C进行充电，uo≈ui；当ui<0时，V2管导通，电流如图中虚线所示，C通过V2和RL进行放电，uo≈ui；电路输出电压跟随输入电压。由于iRL=βiB，输出电流iRL增大了，输出功率就提高了。7．1．4乙类功率放大器

1.无输出变压器的功率放大332.无输出电容的功率放大器图7.6无输出电容（OCL）的功率放大器静态时，ui=0，V1和V2均截止，输出电压为零。输入为正弦波，当ui>0时，V1管导通，V2管截止，正电源供电，电流如图中实线所示uo≈ui；当ui<0时，V2管导通，V1管截止，电流如图中虚线所示，由uo≈ui。两只管子交替工作方式称为“互补”工作方式。2.无输出电容的功率放大器图7.6无输出电容（OCL）343.桥式推挽功率放大器图7.7桥式推挽功率放大器结构图当ui>0时，V1和V4管导通放大，V2和V3管截止，负载上uo获得正半周电压；当ui<0时，V2和V3管导通放大，V1和V4管截止，负载上uo获得负半周电压。3.桥式推挽功率放大器图7.7桥式推挽功率放大器结构图当357．1．5D类功率放大器

1.D类功率放大器，将音频信号转换成脉宽变化的脉冲波的形式输出，再由脉冲放大器放大输出，然后通过低通滤波电路还原成音频信号。效率可以做得很高。2.D类功率放大器由调制器、开关输出电路、低通滤波器组成。图7.8D类功率放大器的典型结构7．1．5D类功率放大器

1.D类功率放大器，将音频信号367．1．5D类功率放大器

图7.9调制器工作原理图7.10桥式开关输出和低通滤波器7．1．5D类功率放大器

图7.9调制器工作原理37单管功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管均工作在乙类状态；D类功率放大器输出管工作于开关状态小结单管功率放大器只能应用于小功率输出的场合；小387.2互补对称功率放大电路7.2.1OCL电路的组成及工作原理(a)基本互补对称电路（b）三极管的输入特性（c）交越失真现象图7.9OCL中的交越失真缺点：会产生交越失真7.2互补对称功率放大电路7.2.1OCL电路的组成及工397.2.1OCL电路的组成及工作原理图7.10实用的OCL功率放大器静态时，由于增加了R2、D1、D2的存在，两只管子均处于临界导通或微导通态。调节R2可改变这两个管子的静态工作点。工作时，两个管的导通时间都比输入信号的半个周期长，从而解决交越失真的问题，这种电路称为工作在甲乙类状态7.2.1OCL电路的组成及工作原理图7.10实用的O407.2.2OCL电路的输出功率与效率

最大输出功率则供电电流平均功率转换效率7.2.2OCL电路的输出功率与效率

平均功率转换效率417.2.3功率放大管的选择

1．最大管压降V1管子要承受的最大管压降|UCEmax|=2VCC。3．最大功耗损耗即功放管集电极最大功耗PCM为理想OCL最大输出功率的五分之一。2．集电极最大电流7.2.3功率放大管的选择

1．最大管压降3．最大功耗损耗427.2.4功率放大器的安全运行

方法：功放管的C-E间加过压保护，装限流电阻，考虑散热。图7.11三极管管芯的散热（a）管芯散热模型（b）热阻等效电路图7.12两种散热器7.2.4功率放大器的安全运行方法：功放管的C-E间加过43例7．1图7.9所示电路的负载为8Ω，晶体管饱和管压降|UCES|=2V，试问：

（1）若负载所需最大功率为16W，则电源电压至少应取多少伏？

（2）若电源电压取20V，则晶体管的最大集电极电流、最大管压降和集电极最大功耗各为多少？

解：（1）根据（2）最大不失真输出电压的峰值UOM=VCC.|UCES|=20.2=18VUCEmax=CC-UCES=(2×20-2)V=38VPom=晶体管电极最大功耗晶体管集电极最大电流最大管压降例7．1图7.9所示电路的负载为8Ω，晶体管饱和管压降|U44§7.3集成功率放大电路7.3.1集成功率放大器电路分析1、LM386图7.14LM386的外形和引脚排列图图7.15LM386典型应用§7.3集成功率放大电路7.3.1集成功率放大器电路分析452、TDA2030图7.17TDA2030构成的BTL电路IC1构成同相放大器，IC2构成反相放大器；ui由IN端经C1隔直耦合后输入到IC1，经放大后从④脚输出，IC2的输入信号由IC1的输出通过R7经C5耦合输入，IC2构成放大倍数为1的反相放大器。2、TDA2030图7.17TDA2030构成的BTL电路462、TDA2030图7.18TDA2030构成的OCL电路当电源电压为±14V、负载为8Ω时，单个TDA2030构成典型的OCL电路输出功率为11W。2、TDA2030图7.18TDA2030构成的OCL电477.3.2集成功率放大电路的主要性能指标表7.1TDA2030A极限参数参数电源电压Vcc输出峰值电流max允许功耗PD极限值±22V3.5A20W7.2TDA2030主要参数（温度为25°C）参数名称符号测试条件最小值典型值最大值单位静态电流ICQVcc=±10V，RL=4Ω58080mA电源电压VCC±10±22V电压增益GVO开环80dBGVC闭环25.5210210.5dB输出功率POf=40Hz.15kHz1518W谐波失真THDPO=0.14W0.08%7.3.2集成功率放大电路的主要性能指标表7.1TDA48小结1.功率放大器用于推动一个需要较大功率的负载。衡量功率放大器的性能主要从最大输出功率、效率、非线形失真、安全、频率响应、信噪比等方面来衡量。2.单管甲类功率放大器只能应用于小功率输出的场合；变压器耦合乙类推挽电路、OTL、OCL和BTL电路中晶体管均工作在乙类状态，它们各有优缺点。OTL采用单电源供电，但有输出电容；OCL采用双电源供电，无输出电容；BTL可以采用单电源也可以采用双电源供电，同样的供电电压下，可以有更大的输出幅值。而D类功率放大器输出管工作于开关状态，是效率最高的功率放大器。3.集成功率放大器选用时主要考虑输出功率、供电电压等指标就可选择合适的集成功率放大器