模拟电子技术项目化教程（第2版）课件 项目5 音频功率放大电路

功率放大器特点与分类功率放大器在实用电子电路中，往往要求放大电路的末级（输出级）输出有足够大的信号功率去驱动负载，如扬声器、继电器、指示表头或显示器等，这就要求末级电路不但要输出大幅度的电压，而且要输出大幅度的电流，即输出足够大的功率。这种向负载提供不失真功率的电路，称为功率放大器，简称功放。功率放大器特点与分类1.引入新课功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表显示等。例1：扩音系统执行机构功率放大电压放大信号提取功率放大器特点与分类1.引入新课例2：自动调速系统结论：以上末级电路不但要求输出大幅度的电压，而且要输出大幅度的电流，即输出足够大的功率。传感器M前置放大和功放生产机械或其它部件电动机n功率放大器特点与分类2.功率放大电路概述1）什么是功率放大电路

：以输出较大功率为目的的放大电路称为功率放大电路，简称功放。

项目

电路区别相同之处使用信号主要分析方法分析对象一般放大器小信号微变等效电路法Au、Ri、Ro都是实现能量控制与能量转换功放大信号图解法、工程估算法Po、η2)主要特点（与一般放大器相比）(输出的信号：高电压、大电流)功率放大器特点与分类2.功率放大电路概述3)功放电路的要求——要解决的问题

提高效率

减小失真

管子的保护

足够大的功率提高效率的途径主要方式:降低静态功耗，即减小静态电流。功率放大器特点与分类2.功率放大电路概述4）功率放大电路的分类——按管子的工作状态（静态工作点）不同分类：

功率放大器特点与分类3.功率放大电路分类按功放管静态工作点（1）甲类：一个周期内均导通特点：1.静态电流较大2.管耗大3.效率低

η≤50%功率放大器特点与分类（2）乙类：导通角等于180°icωt产生交越失真特点：1.静态电流=02.管耗小，效率高3.存在交越失真

功率放大器特点与分类（3）甲乙类：导通角大于180°小于360°icωt消除交越失真特点：静态电流≈0管耗小，效率较高消除交越失真功率放大器特点与分类小结功率放大器的特点：（1）输出电压和电流的幅度足够大；（2）输出信号存在一定程度的失真；（3）不可忽视管耗问题；（4）要有适当的保护措施；（5）需要考虑转换的效率。功率放大器的分类：三极管静态工作点设置的不同，可分成甲类、乙类和甲乙类三种。功率放大器特点与分类OCL放大电路主讲：蒋小辉OCL放大电路用哪种组态的电路作功率放大电路最合适？思考1.甲类放大电路效率低，η≤50%2.甲乙类和乙类放大电路效率高，但失真大，可以改进吗？引入课题OCL放大电路无输出电容的互补对称功放电路基本电路及其工作原理电路的结构特点：电路形式（设ui为正弦波）（1）由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射极（2）双电源供电。（3）输入输出端不加隔直电容。ui-VCCVT1VT2uo+VCCRiL输出器对接而成。OCL放大电路ic1ic22）动态分析：ui

0VVT1截止，VT2导通ui>0VVT1导通，VT2截止iL=ic1

iL=ic2VT1、VT2两个晶体管都只在半个周期内工作1）静态分析：ui=0VVT1、VT2均不工作

uo

=0Vui-VCCVT1VT2uo+VCCRLiL无输出电容的互补对称功放电路OCL放大电路3）输出功率PO

最大输出功率Pom晶体管饱和压降4）直流电源供给功率PVOCL放大电路5）功率管管耗PT由于VT1、VT2各导通半个周期，且两管对称，故两管的管耗相同，设输出电压为，则每只管子的平均管耗为：（1）平均管耗OCL放大电路（2）输出最大功率时的管耗PTm(Uom≈Vcc)Uom=VCC时，输出功率最大，此时管耗为：输出最大功率时每只管子的管耗为PT1(Uom≈Vcc)=0.137PomOCL放大电路（3）最大管耗可得，当时，三极管有最大管耗：要求最大值OCL放大电路6）效率结论：OCL电路效率较高

小结特点（乙类放大）：（1）静态电流ICQ、IBQ等于零；（2）每管导通时间等于半个周期；（3）存在交越失真。交越失真产生的原因：由于晶体管特性存在非线性，ui<VT时晶体管截止。OCL放大电路谢谢！OTL放大电路主讲：蒋小辉OTL放大电路引入课题1、OCL电路的优点：

OCL电路具有低频响应好，输出功率大，电路便于集成等优点，另外还具有电路结构简单，效率高等特点。

2、缺点：需要两个独立电源，使用和维修都不太方便。

为了克服这一缺点，可以采用单电源供电的互补对称电路，只要在输出接入隔直电容即可，这种电路通常称为无输出变压器的功放电路，简称——OTL电路OTL放大电路1.OTL功放电路组成0.5VCCRLviVT1VT2+VCCCAUL+-VE=0.5VCCE（1）基本电路形式：如右图所示（2）特点（1）

由NPN型、PNP型三极管构成两个对称的射

极输出器对接而成。（2）

单电源供电。（3）

输出加有大电容。——耦合、副电源OTL放大电路2.OTL功放电路静态分析0.5VCCRLuiVT1VT2+VCCCAUL+-uoE而VT1、VT2特性对称，电路在静态设置时，前一级放大电路的输出应使：VA=VCC/2OTL放大电路输入端在0.5VCC直流电平基础上加入正弦信号。注意：①若输出电容足够大，

VE基本保持在0.5VCC

，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。②输出电压uo的最大幅值约为VCC/2T1导通、T2截止T1截止、T2导通ic1ic2交越失真0.5VCCuituiRLT1T2+VCCEAuL+-3.OTL功放电路动态分析OTL放大电路（1）输出功率及最大输出功率Pom4.OTL功放输出功率及效率uLUOmaxuitt当输入信号足够大时，Ucem=VCC/2—UCE(sat)≈VCC/2，则OTL放大电路（2）直流电源供给功率PV4.OTL功放输出功率及效率根据富氏级数分解，周期性半波电流的平均值Iav＝Icm/π，因此电源供给的直流功率为

OTL放大电路（3）管耗PC（平均管耗）

由于V1、V2各导通半个周期，且两管对称，故两管的管耗相同，每只管子的平均管耗为4.OTL功放输出功率及效率OTL放大电路（4）管耗PC（最大管耗）4.OTL功放输出功率及效率令即

时为最大管耗每只管子的管耗为OTL放大电路4.OTL功放输出功率及效率（5）OTL功放的效率小结（1）OTL功放电路是利用大电容的储能作用，来充当另一组电源－Vcc；（2）OTL电路与OCL电路相比，每个管子实际工作电源电压不是VCC，而是VCC/2，故计算OTL电路的主要性能指标时，将OCL电路计算公式中的参数VCC全部改为VCC/2即可。OTL放大电路谢谢！BTL电路主讲：蒋小辉BTL放大电路引入课题

BTL(Balancedtransformerless)

BTL功率放大器又称为桥式功率放大器，功率放大器的输出级与负载间采用电桥式的连接方式，主要解决OCL、OTL功放效率虽高，但电源利用率不高的问题。

BTL电路1.BTL电路组成BTL电路是由两组对称的互补电路组成，它们分别由相位相反的输入信号ui1和ui2激励，ui1和ui2是由前级倒相电路提供的，负载RL则接在两个互补电路的输出端之间。BTL电路1.BTL电路原理输入端加入正弦信号时当输入信号ui1，ui2的相位差1800。当ui1输入信号正半周，ui2为负半周，三极管VT1和VT4导通，VT2和VT3截止。由于对称，两个互补电路的输出信号uo1上升多少，uo2就下降多少，于是有电流ic1自左至右流过负载。uit静态时，电桥平衡，负载接在两输出端之间，因此ui=0，uO=0BTL电路1.BTL电路原理输入端加入正弦信号时当ui1为负半周时，ui2为正半周，三极管VT2和VT3导通，VT1和VT4截止，于是有电流ic2自右至左流过负载，由于ic1与ic2方向相反，因此在RL就得到完整的输出信号。uit静态时，电桥平衡，负载接在两输出端之间，因此ui=0，uO=0BTL电路1.BTL电路原理综上所述

在负载RL上的输出电压为：BTL电路1.BTL电路组成BTL电路的输出电压等于OTL（OCL）电路输出电压的2倍，在ui和RL相同条件下，输出功率可增大为4倍。此外，BTL电路在单电源供电时，负载上得到最高电压经为VCC（双电源供电则2VCC），即输出电压的最大幅值约为VCC（双电源供电则2VCC），也为OTL或OCL电路的2倍。因此，最大输出功率Pom也增大为后者的4倍。小结（1）在单电源的情况下，BTL可以不用输出电容，电源的利用率为一般单端推挽电路的两倍，适用于电源电压低而需要获得较大输出功率的场合，在新型的集成功放电路中应用比较广泛。（2）BTL电路的不中之处是需要一个倒相的前置级电路，且其负载是浮地的（没有接地点）。BTL电路谢谢！TDA2030集成功率放大电路主讲：蒋小辉TDA2030集成功率放大电路引入课题TDA2030是音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构。如图所示，该集成电路广泛应用于汽车立体功放、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。很多公司均有同类产品生产，虽然其内部电路略有差异，但引出脚位置及功能均相同，可以互换。

TDA2030集成功率放大电路1.TDA2030介绍TDA2030与其它功放相比：它的引脚和外部元件都较少，同时电器性能稳定，并在内部集成了过载和热切断保护电路，能适应长时间连续工作，由于其金属外壳与负电源引脚相连，因而在单电源使用时，金属外壳可直接固定在散热片上并与地线（金属机箱）相接，无需绝缘，使用很方便。

2.TDA2030外形管脚及排列图TDA2030集成功率放大电路电源电压VCC：±3~±18V；输出峰值电流：3.5A；输入电阻：>0.5MΩ；

静态电流：<60mA（测试条件：VCC=±18V）；

电压增益：30dB；频响带宽（BW）：0~140kHz；在电源为±15V、RL=4Ω时，输出功率为14W。3.TDA2030主要性能参数TDA2030使用于收录机和有源音箱中，作音频功率放大器，也可作其它电子设备中的功率放大。因其内部采用的是直接耦合，也可以作直流放大。其主要性能参数如下：TDA2030集成功率放大电路①⑤4.判断TDA2030性能参数是否正常TDA2030集成功率放大电路1）电阻法

正常情况下TDA2030各脚对③脚阻值见下表

TDA2030集成功率放大电路2）电压法

将TDA2030接成OTL电路，去掉负载，①脚用电容对地交流短路，然后将电源电压从0至36V逐渐升高，用万用表测电源电压和④脚对地电压，若TDA2030性能完好，④脚电压应始终为电源电压的一半。否则说明该芯片为伪品或残次品。说明电路内部对称性差，用作功率放大器将产生失真。4.判断TDA2030性能参数是否正常5.TDA2030实用电路TDA2030A构成的OCL功放电路。信号由同相端输入，R2、R3、C2构成交流电压串联负反馈，用以稳定输出电压和提供输入电阻，闭环增益由下式估算。TDA2030接成OCL（双电源）典型应用电路如图TDA2030集成功率放大电路5.TDA2030实用电路为了保持两输入端直流电阻平衡，选择R1=R3。C5、C6为电源低频去耦电容，用以减少电源内阻交流信号的影响。C3、C4为电源高频去耦电容。R4与C7组成容性负载，用以抵消喇叭音圈电感的部分感性。为防止输出电压过大，可在输出端④脚与正、负电源接一反偏二极管组成输出电压限幅电路。

TDA2030接成OCL（双电源）典型应用电路如图TDA2030集成功率放大电路小结（1）TDA2030它的引脚和外部元件都较少，性能稳定，内部集成了过载和热切断保护电路，能适应长时间连续工作，使用很方便。（2）集成功率放大器广泛应用于电视机、各种音响设备，开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。（3）为保证功率放大电路的安全工作，必须合理选择器件，增强功率管的散热效果，防止二次击穿并根据需要选择保护电路。TDA2030集成功率放大电路谢谢！LM386、1875集成功率放大电路主讲：蒋小辉LM386集成功率放大电路1.LM386芯片简介LM386是音频功率放大器，主要应用于低电压消费类产品。为使外围元件最少，电压增益内置为20。但在1脚和8脚之间增加一只外接电阻和电容，便可将电压增益调为任意值,直至200。在6V电源电压下，它的静态功耗仅为24mW，使得LM386特别适用于电池供电的场合。

2.LM386引脚功能引脚1234功能增益调节反相输入同相输入接地引脚5678功能输出电源去耦增益调节

（a)外形图

（b)管脚排列图LM386广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中；LM386采用8脚双列直插式塑料封装。LM386集成功率放大电路3.LM386内部结构LM386有两个信号输入端2脚：反相输入端3脚：同相输入端7脚去耦1、8脚增益调节LM386集成功率放大电路4.LM386应用电路用LM386组成的OTL功放电路如图所示，信号从3脚同相输入端输入，从5脚经耦合电容(220μF)输出。LM386集成功率放大电路5.LM1875芯片简介LM1875广泛用于汽车立体收录机、中功率音响设备，具有体积小、输出功率大、失真小等特点。它形如一只中功率管，外围电路简单。该集成电路设有过载过热及感性负载反向电势安全工作保护，是中高档音响的理想选择之一。

LM1875集成功率放大电路6.LM1875引脚功能引脚1234功能同相输入端反相输入端负电源端输出端引脚5———功能正电源端———

（a)外形图

（b)管脚排列图LM1875采用TO-220-5五针脚封装。LM1875集成功率放大电路7.LM1875的主要技术参数单电压：15～60V，或±30V工作电压：±25V静态电流：50mA输出功率：30W谐波失真：＜0.015%（f=1kHz，RL=8Ω，Po=20W）额定增益：26dB（当f=1kHz时）LM1875集成功率放大电路8.LM1875应用电路用LM1875组成的双电源功放电路，信号从1脚同相输入端输入。LM1875集成功率放大电路小结（1）TDA386具有自身功耗低、更新内链增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。（2）LM1875形如一只中功率管，体积小巧，外围电路简单，且输出功率较大，该集成电路内部设有过载、过热及感性负载反向电势安全工作保护。总之，集成功放通过改变外接电阻，可方便地改变其增益，具有体积小、外接元件少等优点，得到广泛应用。LM386、1875集成功率放大电路谢谢！功放管的安全使用功放管的安全使用1．功放管的安全使用介绍在功放电路中功放管是在接近极限参数的高电压状态下工作的功率管，由于设计不当或使用条件的变化而易损坏。因此，在功率放大实用电路中，应采用保护措施以保证功放管的安全运行。①⑤功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护当三极管集电结上的反偏电压过大时，三极管将被击穿，这时集电极电流迅速增大，出现一次击穿，且IB越大击穿电压越低，称为“一次击穿”。如图中曲线AB段所示，A点就是一次击穿点。这时只要外电路限制击穿后的电流，使管子的功耗不超过额定值，就不会造成管子的损坏，因此一次击穿是可逆的。功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护三极管一次击穿后集电极电流会骤然增大，若电流不加限制，则它的静态工作点增大到临界点（如图中B点）时，三极管的工作点以毫秒乃至微秒级高速移向C点，这时三极管的管压降uCE突然减小，电流iC急剧增大。如图中的BD段，称之为二次击穿。二次击穿是不可逆的，经二次击穿后，性能明显下降，甚至造成永久性损坏。二次击穿后，功放管的安全工作范围将变小，它除了受ICM、PCM和U(BR)CEO的限制外，还要受二次击穿临界线的限制，安全工作区如图所示。为了保证功放管安全工作，应注意在设计电路时，要使功放管工作在安全区域内，而且还应留有一定的余量，同时，要有良好的散热条件。功放管的安全使用2．功放管的二次击穿及其保护3.功放管的散热功放管损坏的重要原因是实际功率超过额定功耗PCM。三极管的耗散功率取决于内部的PN结（主要是集电结）温度Tj，当Tj超过手册中规定的最高允许结温TjM时，集电极电流将急剧增大而使管子损坏，这种现象称为“热击穿”或“热崩”。硅管的允许结温值为120～180℃，锗管允许结温为85℃左右。功放管的安全使用3.功放管的散热功率管极限功耗的大小与管子环境温度、散热途径和散热状况有关。功率管正常工作时，它的集电结向周围空间散发热量所遇到的阻力，称为热阻Rth。Rth越小，表示管子集电结的热量越容易散发出去。热阻的单位为℃/W，其物理意义为集电极每耗散1W的功率所引起结温升高的度数。它类似于电流流过导体时，存在电阻对电流阻力。功放管的安全使用3.功放管的散热因集电结耗散功率PC引起结温升高至Tj而产生的热量，首先由集电结传导至管壳，使管壳温度升到Tc，其热阻为R(th)jc，然后由管壳以辐射和对流的形式将热量散发到环境温度为Ta的环境A中，其热阻为R(th)ca。要想使散热过程能顺利进行，需满足条