项目3功率放大器的测试与应用设计

项目3功率放大器的测试与应用设计2024/3/29项目3功率放大器的测试与应用设计

学习目标

能正确测量功率输出级电路的特性。对功率输出级电路进行分析和计算。

理解功率输出级电路的结构、功能及元器件作用

工作任务

功率输出级的测试与结果描述。模块3-1功率输出级电路的测试

项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-1-1甲类基本放大电路效率的测量做一做项目3功率放大器的测试与应用设计测试电路如图所示，采用射极输出器作为测量电路，可以测量BJT在极限运用情况（接近于饱和区和截止区）下的效率，而同时保持输出信号基本不失真。①按图画仿真电路。②在输入为0时，观察示波器上的直流输出电压；调整基极偏置电阻，使BJT的UCE=10V（VCC的一半）。任务3-1-1射极输出器效率的测试③在输入为0时，观察功率计上直流电源提供的总功率（不计基极偏置电路的损耗功率，下同）PV，并记录：PV=____mW。观察示波器上的输出电压幅度，此时应有Uom=0，因此

项目3功率放大器的测试与应用设计④改变输入电压，使其幅值分别为0,1V,5V,10V，并将相应的测量结果填入下表Uim/V01510Uom/VPV结论：对于射极输出器来说，随着输入电压Uim或输出功率Po的增大，直流电源提供的总功率PV_____（同步增大/基本不变/同步减小）；而效率

则_____（同步增大/基本不变/同步减小）。

任务3-1-1射极输出器效率的测试项目3功率放大器的测试与应用设计能否自己做一功放音响？

Hi-Fi高保真功放（两声道）火牛电源变压器胆机电子管功放石机晶体管或集成电路音响俱乐部胆机俱乐部石机俱乐部项目3功率放大器的测试与应用设计一般电子设备的示意方框图功率放大级前置放大级(多级)放大部分本章主要了解功率放大电路的特点、技术指标,重点介绍一种常用的高效乙类功放电路,并且对其进行分析计算和改进。并简单介绍功率集成功放的发展。扬声器电动机继电器负载～信号源功率放大级项目3功率放大器的测试与应用设计一、功率放大器的特点1、要求输出功率(Outputpower)尽可能大POPo=UI功率放大器的主要要求之一就是输出功率要大。因此管子往往在接近极限运用状态下工作。2、效率(Efficieny)要高(省电)功率放大器的效率是指负载上得到的输出功率PO与电源供给的直流功率PV之比功率放大器的特点及主要指标项目3功率放大器的测试与应用设计3、非线性失真（non-lineardistortion)要小THD

功率放大器是在大信号状态下工作:电压、电流的幅度都很大，极易超出管子线性动态范围而进入非线性区，造成输出波形的非线性失真。截止失真、饱和失真4、BJT的散热问题(保证管子工作安全)

由于功率放大器的电压、电流使得功率管自身功耗加大，导致发热量也加大。所以散热问题必须引起重视。项目3功率放大器的测试与应用设计低频功率放大器（几十赫---几千赫）高频功率放大器（几百千赫---几百兆赫）收音机喇叭发声、电机旋转，自动控制等发射台把高频调制信号发送出去二、功率放大电路的分类按频率可分为:按三极管在信号输入时导通周期长短的不同可分为：1、甲类2、乙类3、甲乙类还有丙类、丁类功率放大器等。项目3功率放大器的测试与应用设计降低静态功耗，即减小静态电流三种工作状态乙类：导通角等于180°甲类：一个周期内均导通甲乙类：导通角大于180°丙类：导通角小于180°项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-1-2乙类互补对称 电路的特性测试做一做项目3功率放大器的测试与应用设计①按图画仿真电路。②使ui=0，测量两管集电极静态工作电流，并记录：IC1=

，IC2=

。结论：互补对称电路的静态功耗_____（基本为0/仍较大）。

任务3-1-２乙类互补对称电路的特性测试项目3功率放大器的测试与应用设计③保持步骤②，改变ui，使其fi

=1kHz

，Uim=10.5V，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo的波形，并记录波形。结论：互补对称电路的输出波形____（基本不失真/严重失真）

④保持步骤③，不接VT2，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo的波形，并记录波形。结论：晶体管VT1基本工作在_____（甲类状态/乙类状态）。

任务3-1-２乙类互补对称电路的特性测试项目3功率放大器的测试与应用设计⑤保持步骤④，不接VT1，接入VT2，用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo波形，并记录波形。结论：晶体管VT2基本工作在_____（甲类状态/乙类状态）⑥保持步骤⑤，再接入VT1，用示波器测量uo幅度Uom，计算输出功率Po并记录：任务3-1-２乙类互补对称电路的特性测试项目3功率放大器的测试与应用设计⑦保持步骤⑥，用万用表测量电源提供的平均直流电流I0值，计算电源提供功率PV、管耗PVT和效率

，并记录：PVT=PV－Po=_________，

结论：互补对称电路相对于甲类放大电路，其效率_________（较高/较低）。

任务3-1-２乙类互补对称电路的特性测试项目3功率放大器的测试与应用设计一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成1.电路组成由一对NPN、PNP特性相同的互补三极管组成，采用正、负双电源供电。种电路也称为OCL互补功率放大电路。项目3功率放大器的测试与应用设计2.工作原理两个三极管在信号一个正、负半周轮流导通，使负载得到一个完整的波形。一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计3.分析计算（1）最大不失真输出功率Pomax实际输出功率Po一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计3.分析计算（2）管耗PT单个管子在半个周期内的管耗选管依据之一一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计3.分析计算（3）电源供给的功率PV当：一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计3.分析计算（4）效率

当：一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计3.分析计算（5）最大管耗和最大输出功率的关系（6）功率BJT的选择BJT的最大允许管耗PCM必须大于实际工作时的PVT1m

选用击穿电压的BJTBJT:一、乙类双电源互补对称功率放大电路的电路组成项目3功率放大器的测试与应用设计习题：乙类功放电路中，设VCC=24V,RL=8,手册上BJT的极限参数ICM=4.5A,UBR-CEO=75V,PCM=10W。试求：（1）Pom,最大输出时PV,PT1值，并检验所给BJT是否能安全工作？（2）放大电路在=0.6时的输出功率P0值。（1）解：=36W=45.86wPT1=(PV–P0)/2=0.137Pom=4.93w能安全工作吗?项目3功率放大器的测试与应用设计单管承受的最大损耗功率PT1m=0.2Pom=0.2*36=7.2W<10W单管最大反向电压Ucem=2VCC=48V<75V集电极最大电流ICM==3A可以安全工作<4.5A项目3功率放大器的测试与应用设计=20.9W（2）放大电路在=0.6时的输出功率Po值。项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-1-3OTL乙类互补对称 电路的测试做一做项目3功率放大器的测试与应用设计①按图画仿真电路。②输入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=3V），用示波器（DC输入端）同时观察ui,uo的波形，并记录波形。结果表明，相对与基本（乙类）互补对称电路而言，甲乙类互补对称电路的输出波形在过零点处_____（基本无失真/有明显失真）。

任务3-1-3OTL乙类互补对称电路的测试项目3功率放大器的测试与应用设计①按图画仿真电路。②输入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=0V），用示波器（DC输入端）测量N点直流电压值，并使UN=10V。③保持步骤②，输入端接入ui（fi

=1kHz）

，并使Uim分别为1V、2V和3V，用示波器同时观察ui，

uo的波形，并记录波形。任务3-1-3OTL乙类互补对称电路的测试项目3功率放大器的测试与应用设计结果表明，甲乙类单电源互补对称电路____（可以/不可以）实现正常放大，但其不失真输出动态范围与甲乙类双电源互补对称电路相比______（要小/基本接近/要大）。

任务3-1-3OTL乙类互补对称电路的测试项目3功率放大器的测试与应用设计①按图画仿真电路。②输入端接入ui（fi

=1kHz

，Uim=3V），用示波器（DC输入端）同时观察ui

、uo的波形，并记录波形。结果表明，基本（乙类）互补对称电路的输出波形在过零点处____（无失真/有明显失真）。

任务3-1-5（乙类）互补对称电路失真的测试项目3功率放大器的测试与应用设计1.乙类互补对称电路存在的问题实际测试波形甲乙类互补对称功率放大电路项目3功率放大器的测试与应用设计2.甲乙类双电源互补对称电路静态偏置可克服交越失真动态工作情况二极管等效为恒压模型理想二极管设T3已有合适的静态工作点甲乙类互补对称功率放大电路项目3功率放大器的测试与应用设计2.甲乙类双电源互补对称电路UBE可认为是定值

R1、R2不变时，UCE也是定值，可看作是一个直流电源甲乙类互补对称功率放大电路项目3功率放大器的测试与应用设计2.甲乙类单电源互补对称电路静态偏置动态工作情况——此电路存在的问题：

调整R1、R2阻值的大小，可使此时电容上电压N点电位受到限制甲乙类互补对称功率放大电路项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-2集成低频功率放大器的测试做一做项目3功率放大器的测试与应用设计①按图接好电路，VCC=+12V。任务3-2集成功率放大器的测试②保持步骤①，接入uin为0.1V，1kHz的正弦波信号。③保持步骤②，不接电阻R和电容C即：①脚和⑧脚之间开路，将函数信号发生器的输出频率调到1kHZ，输出幅度调到最小，接入电路uin。喇叭可用8

-2W的电阻代替。观察输出电压波形。逐渐调大函数信号发生器的输出幅度，直至示波器上观察到峰-峰值4V左右的信号。测量输入信号峰-峰值

。计算电压放大倍数

。计算输出功率

。项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-2集成功率放大器的测试④保持步骤②，①脚和⑧脚之间接入10µF电容，重复步骤③，测量输入信号峰-峰值

。计算电压放大倍数

。计算输出功率

。⑤保持步骤②，接入R=1.2kΩ的电阻，C=10μF的电容时，重复步骤③，测量输入信号峰-峰值

。计算电压放大倍数

。计算输出功率

。项目3功率放大器的测试与应用设计任务3-2集成功率放大器的测试⑥保持步骤②，不接电阻R和电容C即：①脚和⑧脚之间开路，将函数信号发生器的输出频率调到1kHZ，输出幅度调到最小，接入电路uin。喇叭可用8

-2W的电阻代替。观察输出电压波形。逐渐调大函数信号发生器的输出幅度，直至示波器上观察到峰-峰值4V左右的信号。保持函数信号发生器输出幅度按钮不变，逐渐调高信号频率，直至示波器上观察到峰-峰值2.8V（0.707倍）左右时，记下此时的输入信号频率，即功放的上限频率为

kHZ。项目3功率放大器的测试与应用设计1W的小功率放大器10W以上的中功率放大器25W的厚膜集成功率放大器输出功率发展变革集成功率放大器项目3功率放大器的测试与应用设计电路结构发展变革单声道的单路输出集成功率放大器双声道立体声的二重双路输出集成功率放大器集成功率放大器项目3功率放大器的测试与应用设计电路功能发展变革一般的OTL功率放大器集成电路具有过压保护电路、过热保护电路、负载短路保护电路、电源浪涌过冲电压保护电路、静噪声抑制电路、电子滤波电路等功能更强的集成功率放大器集成功率放大器项目3功率放大器的测试与应用设计典型集成功率放大器应用集成功率放大器项目3功率放大器的测试与应用设计典型集成功率放大器应用集成功率放大器项目3功率放大器的测试与应用设计1．设计指标①最大输出功率（单通道）Pom≥2W。②功放电压增益为Au≥10dB。③最大效率

≥50%。④负载（扬声器）阻抗RL=8

。⑤输出信号失真度THD≤5.0%。⑥下限截止频率fL≤20Hz；上限截止频率fH≥20kHz。2．任务要求：完成原理图设计、元器件选型、电路装接与调试、电路性能检测、设计文档编写。实训3音频功率放大器的设计

项目3功率放大器的测试与应用设计3．设计内容（示例）：（1）电路原理图设计功率放大器的电路原理图如图3-17所示。为满足电路的输出功率和效率的要求，功率放大电路采用驱动级和末级功放两级电路组成。驱动级采用运放LF353组成的同相比例运放；末级功率放大电路采用复合管构成的乙类推挽功率放大电路。项目3功率放大器的测试与应用设计项目3功率放大器的测试与应用设计其中VT1、VT2组成NPN复合管；VT3、VT4组成PNP复合管。它们组成了乙类推挽功率放大器。电阻R6、R7的作用是调整静态工作点；电阻R8、R9的作用是稳定静态工作点，并且在输出短路时，起到一定的限流保护作用。二极管D1、D2和电阻R5的作用是为复合管提供一定的基极偏置，消除交越失真。二极管D1、D2取1N4007。电容CE1、CE2和C8、C9为滤波电容，使交流信号输入时，保持A，B，C三点电位相同。使OCL电路的输入端保持对称的波形。电容CE1、CE2取值大一些好，取100µF的电解电容，电容C8、C9取0.01µF的瓷片电容。电容C4为防止运放自激的电容，容量可以小一点，取20p的瓷片电容。电阻Rf引入了交直流负反馈，直流负反馈使直流输出全部返回，保证零输入时有零输出。交流负反馈使驱动级电路成为一个同相比例放大电路。项目3功率放大器的测试与应用设计（2）计算电路中各元器件参数①估算电源电压值根据设计要求：最大输出功率（单通道）Pom≥2W，输出负载电阻RL为8Ω，可以得到输出负载上得到的电压。因为根据式：得到项目3功率放大器的测试与应用设计为减小电路损耗，电阻R8、R9的值应远远小于电阻RL。取R8＝R9＝0.1Ω。由于反馈电阻Rf上的电流很小，可以认为通过电阻R8、R9上的电流近似等于输出电流IL。得可以计算出电阻R8、R9的功率为

取常用的0.125W的金属膜电阻即可。电源电压：

暂取电源电压VCC为9V。这里考虑功放管的饱和压降为1V，具体的参数要查阅功放管的手册。不同型号的管子饱和压降也不尽相同。项目3功率放大器的测试与应用设计②估算偏置电阻值输出电压最大时，VT1的射极电流约等于负载电阻上的电流。

即：

假定功放管β=200，则可得出

假设电阻R6上的电流值为2mA,则VT2的射极电流约等于项目3功率放大器的测试与应用设计取静态时二极管上的电流大约为5mA左右，集体管基极电流很小，可不考虑其影响。取1N4007足够满足要求。则：2