模拟电子技术简明教程-(第三版)第四章-功率放大电路

第4章功率放大电路4.1功率放大电路的特点与基本类型4.2互补对称式功率放大电路4.3采用复合管的互补对称式放大电路4.4集成功率放大器第一节功率放大电路的特点与基本类型率放大电路的特点功率放大电路的基本类型如：扩音系统实际负载

在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。一、功率放大电路的特点功率放大电压放大信号提取（1）输出功率Po尽可能大(2)电源提供的能量应尽可能多地转换给负载，尽量减少晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（

）。Po:负载上得到的交流信号功率。PE：电源提供的直流功率。（3）功放电路中电流、电压比较大。必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值:ICM

、UCEM

、

PCM

。ICMPCMUCEMIcuce(4)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。（6）功放电路中应考虑器件的过热、过流、过压、散热等一系列问题，并要有适当的保护措施。(5)电路工作于大信号状态，功放管的非线性不可忽略，宜采用图解分析法。(7)晶体管工作于乙类或甲乙类方式ICUCEOQiCtO甲类工作状态晶体管在输入信号的整个周期都导通静态IC较大，波形好,管耗大效率低。ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO乙类工作状态晶体管只在输入信号的半个周期内导通，静态IC=0，波形严重失真,管耗小效率高。甲乙类工作状态晶体管导通的时间大于半个周期，静态IC

0，一般功放常采用。（1）变压器耦合功率放大电路--乙类推挽电路

信号的正半周T1导通、T2截止；负半周T2导通、T1截止。

两只管子交替工作，称为“推挽”。设β为常量，则负载上可获得正弦波。输入信号越大，电源提供的功率也越大。二、功放电路的基本类型（2）OTL电路

（OutputTrasformerless)输入电压的正半周：＋VCC→T1→C→RL→地

C充电。输入电压的负半周：

C

的“＋”→T2→地→RL→C“－”

C放电。需要大电容（几千微法），大电容特性不稳定，电路低频特性差，不易集成。因变压器耦合功放笨重、自身损耗大，故选用OTL电路。（3）OCL电路(OutputCapacitorless)输入电压的正半周：＋VCC→T1→RL→地输入电压的负半周：

地→RL→T2→－VCC两只管子交替导通，两路电源交替供电，双向跟随。静态时，UEQ＝UBQ＝0。（4）BTL电路(BalancedTransformerless)

输入电压的正半周：＋VCC→T1→

RL→T4→地输入电压的负半周：＋VCC→T2→

RL→T3→地①是双端输入、双端输出形式，输入信号、负载电阻均无接地点。②管子多，损耗大，使效率低。几种电路的比较

变压器耦合乙类推挽：单电源供电，笨重，效率低，高、低频特性差。OTL电路：单电源供电，低频特性差。OCL电路：双电源供电，效率高，低频特性好。BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出，管子多、损耗大，效率低。第二节互补对称式功率放大电路OCL电路主要参数估算OTL电路主要参数估算OTL电路结构与工作原理OCL电路结构与工作原理1.电路组成R1

和R2确定放大电路的静态电位。2

VCC调整R1

和

R2的值，使静态时两管的发射极电位为2

VCC电容C2两端的电压也等于动态时电容两端的电压保持0.5VCC的数值基本不变。R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+一、OTL电路结构与工作原理（OutputTrasformerless)2、工作原理（设ui为正弦波）ic1ic2

静态时：ui=0V

ic1、ic2均=0（乙类工作状态）

uo=0V动态时：ui

0VT1截止，T2导通ui>0VT1导通，T2截止iL=ic1

;iL=ic2T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波C2uoLRVCCuiC1R1R2iL=iC1–iC2输入输出波形图uiuouT2uT1交越失真死区电压C2uoLRVCCuiC1R1R2存在交越失真，该电路称为：OTL乙类互补对称电路需要改进R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+改进：iC1iC2iLiB1iB2R

、VD1和VD2为两管提供了静态基极电流IB1和IB2避免了ui较小时两管同时截止减小了交越失真。iC1

和

iC2不为零，静态时为零Ub1b2=UBE1+UBE2≠0OtiC1OtiC2OtiL改进的OTL互补对称电路的波形图OtuiR2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+iC1iC2iL信号波形图OTL甲乙类R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+R2R1ui++VCCC1-VT1NPNuoVT2PNP2VCCRLVD1VD2b1b2R+OTL电路有两类OTL乙类OTL甲乙类存在交越失真需要大电容（几千微法），大电容特性不稳定，电路低频特性差，不易集成。OCL电路存在的问题：

静态时

UCE1=+VCC,UCE2=–

VCCOCL甲乙类互补对称输出级-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iL二.OCL电路结构与工作原理（OutputCapacitorless）OCL电路省去了大电容，既改善了低频响应，又有利于实现集成化，应用更为广泛。OCL电路存在的主要问题：两个三极管的发射极直接连到负载电阻上，如果静态工作点失调或电路内元器件损坏，将造成一个较大的电流长时间流过负载，可能造成电路损坏。为了防止出现此种情况，实际使用的电路中，常常在负载回路接入熔断丝作为保护措施。三、OCL电路主要参数估算最大不失真Ucem=VCC-UCESiC1uCEiC2QVCCUCESUCESUcem-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLui>0时工作点沿QA上移。ui<0时工作点沿QB下移。Icm1Icm2若VT1、VT2对称Ucem=VCC

–

UCES

Pom≈2RLV2CCPom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)2（1）最大输出功率当满足条件UCES<<VCC时PV

=×Icmsinωtd(ωt)=

≈VCCπ1π0π2VCCIcmπRL2V2CCPomPVη=≈=78.5%4π（2）效率当输出最大功率时，放大电路的效率等于最大输出功率Pom与直流电源提供的功率PV之比。当忽略饱和管压降UCES时，OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率为如果考虑三极管的饱和管压降UCES，则OCL乙类和甲乙类互补对称电路的效率将低于此值。Pom≈2RLV2CC（3）功率三极管的极限参数在OCL互补对称电路中，流过三极管的最大集电极电流为：▼集电极最大允许电流ICM因此选择功率三极管时，其集电极最大允许电流应为：-VCCR2R1ui+VCCVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLR2R1uiVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLVCCVCC▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO两个三极管的集电极电压之和等于2VCC，即或R2R1uiVT1NPNuoVT2PNPRLVD1VD2b1b2RiC1iC2iLVCCVCC▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEO当VT2导通，VT1截止，此时VT1的集电极承受反向电压。当VT2饱和时，VT1集电极反向电压达到最大：因此，功率三极管的集电极最大允许反向电压应为当忽略三极管的管压降时，PTm=0.2Pom

在OCL互补对称电路中，直流电源提供的功率PV，一部分转换成输出功率Po传送给负载，另一部分则消耗在三极管内部，成为三极管的耗散功率PT

，使管子发热。▼集电极最大允许耗散功率PCM当集电极输出电压的峰值UOM

≈0.6

VCC时，三极管的功率损耗达到最大，即PT=

PTm

。此时，每个三极管的最大管耗为:因此，在选择功率三极管时应满足，PCM>0.2Pom

Pom≈2RLV2CCPCM>0.2PomOCL电路主要参数估算小结：（1）最大输出功率Pom==21RLU2cem21RL(VCC–UCES)22RL≈V2CC（2）效率PomPVη=≈=78.5%4π（3）功率三极管的极限参数PCM>0.2PomUcem=–

2VCCUCES若VT1、VT2对称四、OTL电路主要参数估算R2+R1+VCCC2-VT1NPNuIuOVT2PNPRLC1+2-uCE2QiC1OiC2uCE1AOBIcm1Icm2Ucem1UCESVCC交流负载线2RLVCCPom=UcemIcm=2121RLU2cemPom≈81RLV2CCPV=×Icmsinωtd(ωt)2VCCπ1π0PomPvη=

≈==78.5%81RLV2CC2πRLV2CC4π21RL(VCC/2–UCES)2=若满足UCES

<<2VCC2πRLV2CC≈πVCCIcm=（1）最大输出功率（2）效率（3）功率三极管的极限参数▼集电极最大允许电流ICM▼集电极最大允许反向电压U(BR)CEOPTm=0.2Pom

▼集电极最大允许耗散功率PCMPCM>0.2Pom

第三节采用复合管的互补对称式放大电路复合管的接法及其β和rbe复合管组成的互补对称放大电路一、复合管的接法及其β和rbe复合管可由两个或两个以上的三极管组合而成。它们可以由相同类型的三极管组成，也可以由不同类型的三极管组成。无论由相同或不同类型的三极管组成复合管时，首先，在前后两个三极管的连接关系上，应保证前级三极管的输出电流与后级三极管的输入电流的实际方向一致。其次，外加电压的极性应保证前后两个三极管均为发射结正偏，集电结反偏，使两管都工作在放大区。复合管组成原则：电流方向一致，电压极性正确rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2(β1+β2+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β2)(1+β1)ΔiB1=ΔiB+ΔiCβ=ΔiCΔiB=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2iC1iC2iE1=iB2iEiCiBiB1ΔiC1

=β1Δ

iB1ΔiE1=ΔiB2=(1+β1)ΔiB1ΔiC2

=β2(1+β1)ΔiB1与NPN型三极管等效VT1VT2bec相同类型三极管组成的复合管ic1=iB2iE2iB1iBic2iCiE1iEΔiC=β1(1+β2)ΔiB1=(β1+β1β2)ΔiBΔiE=(1+β1+β1β2)ΔiB1=ΔiC+ΔiBβ

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1与NPN型三极管等效（类型与前级管同）ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1ΔiC2=β1β2ΔiB1VT2VT1bec不同类型三极管组成的复合管rbe=

rbe1

+（1+

β1）rbe2β=

β1+β2+β1β2

≈

β1β2与PNP型三极管等效β

=

β1（1

+β2）≈

β1β2rbe=

rbe1与PNP型三极管等效iC1iE1=iB2iC2VT1VT2iEiCiB1iBbeciC1=iB2VT1VT2iEiC2iB1iBiCiE1bec二、复合管组成的互补对称放大电路VT1VT2+VCC-VCCuiRLuoRR2R1VD2VD1VT3VT4VT3、VT4很难互补对称VT3、VT4可实现互补对称VT1VT2+VCC-VCCuiRLuORR2R1VD2VD1VT3VT4Re1Re2第四节集成功率放大器集成功率放大器的电路组成集成功率放大器的主要技术指标集成功率放大器的引脚和典型接法概述目前，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。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，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。集成功放从用途划分，有通用型功放和专用型功放。从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放。一、概述集成功率放大器与一般集成运算放大器的主要区别在于要求其能输出更大的功率。为了达到这个要求，集成功放的输出级常常采用复合管组成。另外，通常要求更高的直流电源电压。对输出功率比较高的集成功放，有时要求其外壳装散热片。因集成工艺的限制，集成功放中的某些元件要求外接。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。二、集成功率放大器的电路组成82716354R3R2R1R4R5R7R615kΩ15kΩ50kΩ1.35kΩ150Ω15kΩ50kΩVT1VT2VT3VD1VT10VT4VT5VT7VT8VT6VT9VD2输入级为双端输入、单端输出差分放大电路镜像电流源中间级引入一个电压串联负反馈，减小非线性失真。三、集成功率放大器的主要技术指标参数测试条件最小典型最大单位工作电源电压（V+）LM386N-1,-3，LM386M-1LM386N-4451218VV静态电流（IQ）V+=6V,Ui=048mA输出功率（PO）LM386N-1，LM386M-1LM386N-3LM386N-4V+=6V,RL=8Ω,THD=10%V+=9V,RL=8Ω,THD=10%V+=16V,RL=32Ω,THD=10%2505007003257001000mWmWmW电压增益（Au

）V+=6V,f

=1kHz引脚1、8间接