模拟电路第4章 功率放大电路

1第四章功率放大电路4.1功率放大电路的主要特点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2如：扩音系统实际负载1.什么是功率放大器？

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

概述功率放大电压放大信号提取32.功放管的几种工作状态甲类：Q点适中，在正弦信号的整个周期内均有电流流过管子。iCuCEQ1UCEQICQVCCiCuCEQ3ICQVCC乙类：静态电流为0，管子只在正弦信号的半个周期内导通。甲类(

=2

)

tiCO

Icm

2ICQ

tiCO

Icm

2ICQ乙类(

=

)4甲乙类：介于两者之间，导通角大于180°iCuCEQ2ICQVCC

tiCO

Icm

ICQ2甲乙类(

<

<2

)53.功率放大器的分类

（1）按功放管的导通角分为：

甲类：导通角θ=2π，一支管子完成功放。

乙类：导通角θ=π，二支管子轮流工作完成功放。甲乙类：导通角π

＜

θ＜2

π，二支管子轮流工作。（2）按功放器件的不同分为：

（3）按电路的不同分为：

电子管功率放大器，变压器耦合功率放大器，晶体管功率放大器，OTL功率放大器,

集成电路功率放大器，OCL功率放大器等。动画演示64.1功率放大电路的主要特点对功放的主要要求及特点：1.根据负载要求，提供所需要较大的输出功率。2.要求有较高的转换效率:输出功率直流电源提供功率3.尽量减小非线性失真。4.分析方法：信号大，用图解分析法。分析重点：最大不失真输出功率、最高转换效率等。5.功放的电路形式：乙类互补对称式电路.设负载两端电压u0=Uomsinωt，负载电流i0=Iomsinωt最大输出功率：7

互补对称功放的类型

无输出变压器形式

（OTL电路）无输出电容形式

（OCL电路）OTL:OutputTransformerLessOCL:OutputCapacitorLess互补对称：电路中采用两支晶体管，NPN、

PNP各一支；两管特性一致。类型：4.2互补对称式功率放大电路84.2.1

OTL互补对称电路一、OTL乙类互补对称电路电路组成及工作原理：在输入信号的正半周，VT1

导通（VT2截止），iC1

流过负载；负半周，VT2导通（VT1截止），iC2

流过负载。在信号的整个周期都有电流流过负载，负载上iL

和uO

基本上是正弦波。存在的问题：交越失真交越失真图

4.2.1动画演示tuIO9二、OTL甲乙类互补对称电路图4.2.3

OTL互补对称输出级

R、VD1、VD2

为两管提供一小的静态偏置电压，使得在输入信号等于零时，管子微导通，以克服交越失真。图4.2.4

OTL互补电路波形图tuIOtiC1OtiC2OtuOO交越失真的克服：甲乙类OTL功放10三、OTL甲乙类互补对称电路图解分析1.静态图解分析：

UCEQ=VCC／2ICQ≈0

静态工作点：交流负载线斜率：2.动态图解分析设输出电压u0=Uomsinωt-11vCE1iC2iC1Q最大不失真电流

最大不失真幅度

UCES2UCES1tu0tiLu0=Uomsinωt121）输出功率Po2)电源消耗功率：当Uom达到最大值输出功率最大，最大不失真输出功率：13最高转换效率：电源消耗最大功率：实际效率小于π/4。当Uom达到最大值转换效率：14功率三极管的极限参数①集电极最大允许电流ICM②集电极最大允许反向电压U(BR)CEO③集电极最大允许耗散功率PCM154.2.2

OCL互补对称电路图4.2.5OCL互补对称电路1.电路组成：两点改进：（1）改电容耦合为直接耦合，（2）一组电源改为二组电源。2.工作原理（设ui为正弦波）静态时：ui

=0V

ic1、ic2均≈0（甲乙类工作状态）

uo

=0V结论：VT1、VT2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波动态时：正弦波的正半周，VT1导通，VT2截止

正弦波的负半周，VT1截止，VT2导通163.性能指标计算图4.2.5OCL互补对称电路(1)最大不失真功率：(2)最高效率：u0=Uomsinωt17图4.2.5OCL互补对称电路(3).功率三极管的极限参数18一个管子的管耗

关于管耗PT两只管管耗19每只三极管的最大管耗：

问：Uom=？PT1最大,PT1max=？用PT1对Uom求导，并令导数=0，得出：PT1max发生在Uom=0.64VCC处。将Uom=0.64VCC代入PT1表达式：20OCL互补对称电路OTL、OCL电路的区别与联系：（1）OTL电路为单电源供电，单管供电电压VCC/2，有输出耦合电容；OCL电路为双电源供电，单管供电电压VCC，无输出耦合电容。OTL互补对称电路

（2）将OCL的结论表达式中的VCC用VCC/2替换，则过渡到OTL表达式。见171页。214.3采用复合管的互补对称式放大电路4.3.1复合管的接法及其β和rbe1.复合管的接法构成复合管时注意

(1)前后两个三极管连接关系上，应保证前级输出电流与后级输入电流实际方向一致。

(2)外加电压的极性应保证前后两个管子均为发射结正偏，集电结反偏，使管子工作在放大区。复合管的构成：由两个或两个以上三极管组成。22VT1bVT2ec

VT2VT1bec(a)NPN型(b)PNP型图4.3.1复合管的接法(c)NPN型

cVT1bVT2e(d)PNP型

VT2VT1bec23+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1复合管共射电流放大系数

值由图可见图4.3.22.复合管的β和rbe(1)相同类型的三极管组成的复合管则24+uBEiBiB1iC2iCiEiE1=iB2VT1bVT2eciC1复合管的输入电阻rbe其中所以显然，

、rbe

均比一个管子

1、rbe1提高了很多倍。图4.3.225(2)由不同类型的三极管组成的复合管结论

1.两个同类型的三极管组成复合管，其导电类型与原来相同。复合管的

1

2，复合管的rbe=rbe1+（1+

1）rbe2

2.两个不同类型的三极管组成复合管，其类型与前级三极管相同。复合管的

1

2，复合管的rbe=rbe1

264.3.2复合管组成的互补对称放大电路VD1ui+VCCRLVT1VT2Rb1VT4VT3RbVD2Rb2-VCCC1uOVT1和VT3

组成NPN型复合管。VT2和VT4

组成PNP型复合管。缺点：VT3和VT4

类型不同，难做到特性互补对称。27VD1ui+VCCRLVT1VT2Rb1VT4VT3RbVD2Rb2-VCCC1uORc228OTL音频功率放大电路举例中间级前置放大级功率放大级29一、电路组成

1.前置放大级：由VT1

等组成，共射极阻容耦合放大电路。C1、C3为耦合电容。

2.中间放大级：由VT2等组成共射极放大电路。R9是其集电极负载电阻，它与功放级采用直接耦合。

3.功放级由NPN三极管VT3和PNP三极管VT4组成OTL电路，R6、R7是为克服交越失真而设置的，Rt是热敏电阻，具有温度补偿作用。C6为输出电容。

4.为减小失真电阻R14接有电压串联负反馈。小电容C2C4C7是校正电容，作用是避免产生自激振荡。

C5R13是电源滤波电路，防止因电源内阻引起低频寄30二、主要技术指标估算

最大输出功率314.4集成功率放大器

集成功率放大器广泛用于音响、电视和小电机等的驱动方面。集成功放使用时不能超过规定的极限参数，极限参数主要有功耗和最大允许电源电压。集成功放要加有足够大的散热器，保证在额定功耗下温度不超过允许值。表4-1几种集成音频功率放大器概况组成：前置级、中间级、输出级、偏置电路4.4.1集成功率放大器的电路组成LM386集成功放及其应用：LM386是音频小功率集成功率放大器，广泛用于收音机、收录机中。32内部电路1.8开路时，

Au=20(负反馈最强)1.8交流短路

Au=200(负反馈最弱)电压串联负反馈33V1、V6：V3、V5：V2、V4：射级跟随器，高Ri双端输入单端输出差分电路恒流源负载V7~V12：功率放大电路V7为驱动级(I0为恒流源负载)V11、V12用于消除交越失真V8、V10

构成PNP

准互补对称344.4.2集成功率放大器的主要技术指标4.4.3集成功率放大器的引脚和典型接法

LM3861234785RPC1C2C3C4C5C610F36k10F100F220F0.1

F810.047F+VCC6输出电容(OTL)频率补偿，抵消电感高频的不良影响防止自激等调节电压放大倍数典型应用电路351．功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2．为了提高效率，在功率放大器中，功放管常工作在乙类和甲乙类状态下，并用互补对称结构使其基本不失真。这种功率放大器理论上的最大输出效率可以达到78.5％。3．互补对称功率放大器的几种主要结构：

OCL（双电源）——乙类甲乙类。

O