模电第5章功率放大电路

第5章功率放大电路5.1功率放大电路的一般问题5.2互补对称功率放大电路5.3集成功率放大电路5.1功率放大电路的一般问题电压放大电路和功率放大电路都是利用三极管的放大作用将信号放大，前者工作在小信号状态，目的是输出足够大的电压信号，而功率放大电路则是工作在大信号状态。

5.1.1对功率放大电路的基本要求5.1.2功率放大电路的分类对功率放大电路的基本要求如下：1．能输出尽可能大的功率，以满足负载的要求。

2．具有较高的工作效率。

3．尽量减少非线性失真。

4．注意功率输出管的散热问题。

5.1.1对功率放大电路的基本要求按照放大信号的频率分:

低频功率放大电路（几十赫～几十千赫）和高频功率放大电路（几百千赫～几十兆赫）。按输出端与负载的耦合方式的不同:

分为变压器耦合方式、无输出变压器（OTL）方式和无输出电容（OCL）方式。

按照其三极管静态工作点设置的不同:

常分为甲类功率放大电路、乙类功率放大电路和甲乙类功率放大电路等。5.1.2功率放大电路的分类ICUCEOQiCtOICUCEOQiCtOICUCEOQiCtO晶体管的工作状态甲类工作状态

晶体管在输入信号的整个周期都导通。Q大致在交流负载线的中点静态IC较大，波形好,管耗大效率低。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。5.2互补对称功率放大电路5.2.1

乙类OTL互补对称功率放大电路(Output

TransformerLess)5.2.3甲乙类OCL互补对称功率放大电路(OutputCapacitorLess

)5.2.2甲乙类OTL互补对称功率放大电路5.2.4采用复合管的互补对称功率放大电路

5.2.1

乙类OTL互补对称功率放大电路管型不同，参数相同，特性一致的对称互补管1.电路组成图5.2.1乙类OTL互补对称放大电路2.工作原理

在静态时，由于电路上下的对称性，A点的电位为1/2VCC

，静态时，两管IB=0，工作于乙类工作状态，仅有穿透电流ICEO通过。

RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-OtiC1OtiC2OtiLOtuiui>0时VT1导通VT2截止。ui<0时VT2导通VT1截止。iL=iC1–iC2RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-在输入信号的一个周期内，两个管子交替导通，在负载上合成得到一个完整的输出电压。故称为互补对称放大电路。uI>0时工作点沿QA上移。uI<0时工作点沿QB下移。Ucem=(VCC/2)-UCES若VT1、VT2对称3.主要参数的估算-uCE2QiC1OiC2uCE1AOB图5.2.2乙类OTL互补电路的图解法Icm1Icm2Ucem1UCESVCC/22RLVCC（1）最大输出功率

（2）效率

电源供给的功率效率忽略UCES（3）功率管的极限参数

①集电极最大允许电流②集电极最大允许反向电压③集电极最大允许耗散功率PCM

4．交越失真

图5.2.3乙类OTL互补对称电路的波形图

RLuiVT1VT2+VCCCAuo++-+-5.2.2甲乙类OTL互补对称功率放大电路

图5.2.4甲乙类OTL互补对称电路

1.电路组成

2.工作原理图5.2.5甲乙类OTL互补对称电路的波形图

3.参数计算同上

调节电阻R，改变三极管的偏压，消除交越失真。调节R1、R2，保证两发射结的静态电位1/2Vcc.3、确定三极管的极限参数4.带自举的OTL甲乙类互补对称电路

图5.2.6带自举的OTL甲乙类互补对称电路5.2.3甲乙类OCL互补对称功率放大电路1.电路组成

图5.2.7甲乙类OCL互补对称电路互补对称2.工作原理

图5.2.8甲乙类OCL互补对称电路的波形图3.主要参数的估算

（1）最大输出功率（2）效率忽略UCES（3）功率管的极限参数

①集电极最大允许电流②集电极最大允许反向电压③集电极最大允许耗散功率互补对称功放电路设置适当的静态工作偏流的方法很多，如图5.2.9所示电路为利用UBE

扩大电路进行偏置的OCL互补对称电路。

图5.2.9甲乙类OCL互补对称电路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,

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。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。5.2.4采用复合管的互补对称功率放大电路

1．复合管的接法

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前一管的发射极与后一管的基极连接，前一管的集电极与后一管的集电极连接。由于前一管的基极、发射极电流Ib1,Ie1为：

Ie1=(1+β1)*ib1（β1为前一管的电流放大系数）

所以后一管的电流Ib2，Ie2为：

Ib2=Ie1

Ie2=(1+β2)*ib2=(1+β2)*Ie1=(1+β2)*(1+β1)*ib1（β2为后一管的电流放大系数）

因此按输入电阻的公式，前一管的输入电阻rbe1为：

rbe1=rbb1+(26/Ie1)*（1+β1）

若发射极上串有电阻Re，则输入电阻R1

R1=rbb1+(26/Ie1+Re)*（1+β1）

后一管的输入电阻rbe2为：

rbe2=rbb2+(26/Ie2)*(1+β2)

后一管的输入电阻rbe2是前一管的发射极串联的电阻Re，代入后：

R1=rbb1+(26/Ie1+rbe2)*（1+β1）

=rbb1+(26/Ie1)*（1+β1）+rbe2*（1+β1）

=rbe1+rbe2*（1+β1）

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ΔiE1=(1+β1)ΔiB1ΔiC1=ΔiB2=β1ΔiB1ΔiC2=β1β2)ΔiB1VT2VT1becrbe=

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（1）任意两只三极管适当连接可以等效为一只三极管，其等效后的型号与第一只管子的型号相同；（2）等效管子的电流放大系数近似为两只管子放大系数的乘积，即

β≈β1β2

（3）等效管子的输入电阻为同型号的两只管子复合时， 不同型号的两只管子复合时，

2．复合管组成的互补对称功率放大电路

图5.2.11复合管组成的互补对称功率放大电路图5.2.12复合管组成的准互补对称功率放大电路5.3集成功率放大电路5.3.1LM386通用型集成功率放大电路

5.3.2专用型集成功率放大电路XG4140

5.3.3音频集成功率放大电路CD4100

5.3集成功率放大电路

集成功率放大器由于不仅具有体积小、重量轻、成本低、外围元件少，安装调试简单，使用方便等优点，而且在性能上也优于分立元件，例如温度稳定性好，功耗小、失真小。特别是集成功率放大器内部还设置有过热、过电流、过电压等自动保护功能的电路对电路自行进行保护。

5.3.1LM386通用型集成功率放大电路

1．LM386内部电路

LM386内部电路原理图如图5.3.1所示。与通用型集成运放相类似，它是一个三级放大电路。图5.3.1LM386内部原理电路电路单电源供电，如在①、⑧间接一个可调电阻电容串联网络，就可改变功放的增益，其可调范围为20～200倍。

LM386供电电压为4～12V，在Vcc=6V时可驱动4Ω负载，9V时可驱动8Ω负载。外部引线图如图5.3.2所示。＋－12364578＋

Vcc增益设定反相输入端同相输入端地增益设定旁路电容输出端图5.3.2LM386的的外部引线图2．LM386组成OTL电路

如果在1和8之间外接10uF的电容器C1时，电路增益为200；如果在1和8之间接入1.2KΩ电阻R1和10uF的电容器C1时，则电路增益为50；调节电阻R1的大小，其功放的增益可调范围为20～200倍。如果在1和8之间断开时，电路增益为20；图5.3.4由LM386组成的简单OTL音频放大电路若增益只需20倍，且电路无自激，则增益调节网络、相位补偿网络及电源退耦网络都可消去，可变成简单的外围应用电路，如图5.3.4所示。3．LM386组成BTL电路

桥式推挽功率放大电路（也称为平衡式无输出变压器电路），简称为BTL(Bridge-Tied-Load)电路。其主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL电路大几倍的输出功率，其工作原理图如图5.3.5所示。图5.3.5BTL原理电路图5.3.6由LM386组成的简单OTL音频放大