模拟电子技术5-7章2

第6章功率放大电路6.1功率放大电路的特点6.2互补对称式功率放大电路6.3实际的功率放大电路6.4集成功率放大电路应用 功率放大器是一种向负载提供功率的放大器，简称功放。本章首先介绍功率放大电路的主要特点，然后介绍实际工作中常用的OTL和OCL互补对称式功率放大电路，并介绍几个实际的功率放大典型电路，最后简单介绍了当前普遍应用的集成功率放大器。6.1功率放大电路的特点 功率放大器是一种向负载提供功率的放大器。一般多级放大器总要带动一定负载，如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出一定的功率，因而，一般多级放大器的最后一级都要设置为功率放大器。 电压放大器的主要任务是使负载得到不失真的信号，它的主要指标是电压放大倍数。而功率放大器主要考虑的是如何输出最大的不失真功率，即如何高效率地把直流电能转化为按输入信号变化的交流电能。功率放大器不但要向负载提供大的信号电压，而且也要向负载提供大的信号电流。因此，功率放大电路的形式、工作状态、分析方法和所研究的技术指标都与电压放大电路不同。（1）输出功率足够大为了获得足够大的输出功率，要求放大电路的输出电压和输出电流都要有足够大的变化量。最大输出功率是指在正弦信号输入下，输出波形不超过规定的非线性失真指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有效值的乘积（注：不是直流电压和直流电流的乘积，也不是瞬时值相乘）。(2)效率要高 任何放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。这就有一个提高能量转换效率的问题。对于小信号的电压放大器来说，由于输出功率较小，电源供给的直流功率也小，因此效率问题还不突出。但对于功率放大器来讲，由于输出功率较大，效率问题就显得很重要了。

此时，如果功率放大电路的效率不高，不仅要浪费能量，而且要消耗在电路内部的电能将转换成为热量，使管子、元器件等温度升高，因而要求选用较大容量的放大管和其他设备，不太经济。(3)非线形失真要小 功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电摆动幅度大，容易超出管子特性的线性范围，产生非线形失真。因此，功率放大器比之小信号放大电路的非线性失真严重。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。由于功率放大器工作于大信号状态，在进行电路分析时，一般不能采用微变等效电路法，而采用图解法来分析放大电路的静态和动态工作情况。此外，由于功放管承受的电压高、电流大，温度较高，因而功放管的保护问题和散热问题也需要解决。按照功放管工作点位置的不同，功率放大器的工作状态可分为甲类放大、乙类放大和甲乙类放大等形式，如图6.1所示。图6.1功率放大器工作状态此类放大电路路的主要优点点是便于实现现阻抗匹配。。缺点是体积积大、笨重、、频率窄、不不易集成化，，变压器本身身也存在一定定的功率损耗耗，加之其漏漏感和分布电电容的作用，，会在高频或或低频端产生生附加相移，，如从变压器器输出端引回回深度负反馈馈时，容易产产生自激。因因此阻碍了变变压器耦合电电路的进一步步发展。近年年来出现的无无输出变压器器功率放大器器和集成功率率放大器发展展很快，得到到了广泛的应应用。6.2互补对称式功功率放大电路路互补对称功率率放大器是一一种典型的无无输出变压器器功率放大器器。它是利用用特性对称的的NPN型和PNP型三极管在信信号的正、负负半轴轮流工工作，互相补补充，以此来来完成整个信信号的功率放放大。下面介介绍两种互补补对称式功率率放大电路。。6.2.1OTL互补对称电路路它是采用单电电源供电的互互补对称功率率放大器，这这种形式的电电路也称为OTL电路（OutputTransformerless，无输出变压压器）。1.OTL乙类互补对称称电路OTL乙类互补对称称电路的组成成如图6.3所示。图6.3OTL乙类互补对称称电路2.OTL甲乙类互补对对称电路为了克服交越越失真，需要要给功放管加加上较小的偏偏置电流，使使每管的导电电角略大于180°，而小于360°，此电路即为为OTL甲乙类互补对对称电路。如如图6.6所示。图6.6是常见的利用用两个二极管管的正向压降降给两个功放放互补管提供供正向偏压的的电路。图6.6OTL甲乙类互补对对称电路6.2.2OCL互补对称电路路OCL（OutputCapcitorless）电路，即表表示无输出电电容的电路。。与OTL互补对称电路路相比，省去去了输出端的的大电容。因因为大电容往往往具有电感感效应，在高高频时容易产产生相移，并并且大容量的的电容不便集集成。图6.8所示为OCL甲乙类互补对对称电路的原原理图。图6.8OCL甲乙类互补对对称电路OCL互补对称电路路去掉了大电电容，改善了了低频响应，，便于实现集集成化，因而而得到了广泛泛的应用。OCL互补对称电路路主要缺点是是，电路中两两个三极管的的发射极直接接连到负载电电阻上，假如如静态工作点点失调或电路路内元器件损损坏，将会使使一个较大的的电流流过负负载，可能造造成电路损坏坏。为了解决决这个问题，，实际工作中中常常采取保保护措施，即即在负载回路路接入熔断丝丝。6.3实际的的功率率放大大电路路6.3.1功率放放大器器应用用中的的几个个问题题在功率率放大大器的的实际际运用用中，，为了了电路路特别别是功功放管管的安安全，，有一一些问问题(如散热热、保保护措措施等等)应当引引起注注意。。下面面分别别予以以简单单介绍绍。1.功放管管的散散热功率放放大器器工作作在大大电压压大电电流状状态，，即使使电路路的效效率较较高，，都会会有一一定的的损耗耗，这这些损损耗由由于功功放管管本身身消耗耗的功功率而而导致致功放放管管管子集集电结结温度度升高高，管管子发发热。。当管管子温温度升升高到到一定定程度度后，，管子子就会会被损损坏。。因此此必须须采取取散热热措施施，通通常的的散热热措施施是给给功放放管加加装散散热片片，散散热片片（板板）是是铜、、铝等等导热热性能能良好好的金金属材材料制制成的的尺寸寸越大大能力力越强强，使使用时时可根根据散散热要要求的的不同同来选选配。。6.3.2功率放放大器器实际际电路路1.OTL放大器器实际际电路路图6.11是用作作电视视机伴伴音功功率放放大器器的OTL互补功功率放放大电电路。。下面面来分分析该该电路路的组组成，，并估估算该该电路路的主主要技技术指指标。。图6.11OTL放大器器实际际电路路(1)电路组组成此电路路由前前置电电压放放大级级、推推动级级和功功率放放大级级3个部分分组成成。(2)主要技技术参参数的的估算算①闭环电电压放放大倍倍数②最大输输出功功率2.OCL放大器器实际际电路路图6.12是一个个高保保真放放大器器的典典型电电路，，是OCL准互补补功率率放大大电路路。同同样下下面来来分析析该电电路的的组成成，并并估算算该电电路的的主要要技术术指标标。（1）电电路组组成此电路路也由由前置置电压压放大大级、、推动动级和和功率率放大大级3个部分分组成成。图6.12OCL功率放放大器器实际际电路路6.4集成功功率放放大电电路应应用当前，，利用用集成成电路路工艺艺已经经能够够生产产出品品种繁繁多的的集成成功率率放大大器。。集成成功放放除了了具备备体积积小、、成本本低、、使用用方便便可靠靠等特特点外外，还还具有有一些些突出出的优优点，，主要要有温温度稳稳定性性好，，电源源利用用率高高，功功耗较较低，，非线线性失失真较较小等等，还还可以以把许许多有有关附附属电电路（（如各各种保保护电电路））也集集成在在芯片片内部部，使使用更更加安安全。。集成功功放的的种类类繁多多，从从输出出功率率来分分，有有小功功率功功放（（输出出功率率在1W以下））和大大功率率功放放（输输出功功率可可高达达几十十瓦））；从从芯片片内部部的构构成来来分，，有单单通道道功放放和双双通道道功放放；从从用途途来分分，有有通用用型功功放和和专用用型功功放（（如专专用于于收音音机、、录音音机或或电视视机等等的功功率放放大电电路））。集成功功率放放大器器要求求输出出大的的功率率。为为了满满足此此要求求，集集成功功放的的输出出级常常采用用复合合管组组成，，常常常还要要求更更高的的直流流电源源电压压。对对于输输出功功率较较高的的集成成功放放，还还要求求其外外壳装装散热热片。。由于于集成成工艺艺的限限制，，集成成功放放中的的某些些元件件要求求外接接，如如OTL电路中中的大大电容容等。。有时时为了了使用用方便便还有有意识识地留留出一一些外外线端端，允允许用用户外外接元元件以以灵活活地调调节某某些技技术指指标，，如外外接不不同阻阻值的的电阻阻所获获得不不同的的电压压放大大倍数数等。。本节将将以一一个具具体的的音频频功率率放大大器TDA2030A为例进进行介介绍，，希望望读者者在使使用时时能够够举一一反三三，灵灵活应应用其其他功功率放放大器器件。。6.4.1TDA2030A集成功功放简简介TDA2030A是目前前使用用比较较多的的一种种集成成功率率放大大器件件，与与其他他功放放相比比，它它的引引脚和和外围围电路路都比比较少少。它它的电电器性性能稳稳定，，并在在内部部集成成了过过载和和热切切断保保护电电路，，能适适应长长时间间连续续工作作，由由于其其金属属外壳壳与负负电源源引脚脚相连连，因因而在在单电电源使使用时时，金金属外外壳可可直接接固定定在散散热片片上并并与地地线（（金属属机箱箱）相相接，，不需需要绝绝缘，，使用用也很很方便便。1.电路组组成TDA2030A的内部部电路路如图图6.13所示。。图6.13TDA2030A集成成功功放放的的内内部部电电路路2.性能能参参数数TDA2030A一般般作作音音频频功功率率放放大大器器应应用用于于收收录录机机和和有有源源