电子线路配套资源第5章-低频功率放大器课件.ppt

1、 5.1 低频功率放大器的基本要求和分类低频功率放大器的基本要求和分类 名名 师师 课课 堂堂5.1.1 功率放大电路的基本要求功率放大电路的基本要求1.有足够的输出功率有足够的输出功率 2.效率要高效率要高 3.非线性失真要小非线性失真要小 4.功率管的散热要好功率管的散热要好iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA iovvvA

2、 iovvvA iovvvA iovvvA 名名 师师 课课 堂堂EOPP 5.1.2 功率放大器的分类功率放大器的分类 1.根据放大器所设置静态工作点的不同进行分类根据放大器所设置静态工作点的不同进行分类（1）甲类放大状态（2）乙类放大状态（3）甲乙类放大状态（4）丙类放大状态 名名 师师 课课 堂堂2.根据功率放大器的电路形式不同分类根据功率放大器的电路形式不同分类（1）变压器耦合功率放大器。）变压器耦合功率放大器。（2）单电源互补对称功率放大器（）单电源互补对称功率放大器（OTL电路）电路）（3）双电源互补对称功率放大器）双电源互补对称功率放大器(OCL电路电路)（4）集成功率放大器）集

3、成功率放大器 名名 师师 课课 堂堂1BR5.2互补对称功率放大器互补对称功率放大器 互补对称功率放大器具有两种形式：一种是无输出变压器的互补对称功率放大器具有两种形式：一种是无输出变压器的功率放大器，采用功率放大器，采用单电源供电的方式，常称为单电源供电的方式，常称为OTL电路电路，另一，另一种是无输出电容的功率放器，采用种是无输出电容的功率放器，采用双电源供电的方式，常称为双电源供电的方式，常称为OCL电路。电路。这两种电路在结构上基本相似，原理上也基本相同。这两种电路在结构上基本相似，原理上也基本相同。由于互补对称功放电路简单，效率较高，是目前使用最广泛的由于互补对称功放电路简单，效率较

4、高，是目前使用最广泛的功放电路。功放电路。名名 师师 课课 堂堂5.2.1 双电源互补对称功率放大电路（双电源互补对称功率放大电路（OCL电器）电器）1.电路组成电路组成 电路如图电路如图 5.2.1 所示，放大器由一对特性和参数对称但类型不所示，放大器由一对特性和参数对称但类型不同的两个晶体管组成对称的射极输出器电路。输入信号接于两管基同的两个晶体管组成对称的射极输出器电路。输入信号接于两管基极，负载极，负载R L接在两管发射极上，由正、负等值的双电源供电。接在两管发射极上，由正、负等值的双电源供电。名名 师师 课课 堂堂2.工作原理工作原理 静态时，基极电位静态时，基极电位 VB=0，由于

5、，由于T1、T2的特性对称，故输出点的特性对称，故输出点电压电压VA=0，即没有直流电流流过负载即没有直流电流流过负载R L，我们常把，我们常把A点电位点电位VA称称为中点电位。为中点电位。动态时（为了方便下面的讨论，假设三极管的导通电压为零，动态时（为了方便下面的讨论，假设三极管的导通电压为零，即即VBE0时三极管导通），当输入信号的正半周时，时三极管导通），当输入信号的正半周时，T 1管发射结管发射结正偏导通，正偏导通，T2管发射结反偏截止，产生电流由上而下流过负载管发射结反偏截止，产生电流由上而下流过负载RL，在负载上输出的正周。在负载上输出的正周。名名 师师 课课 堂堂 当输入信号的负

6、半周时，当输入信号的负半周时，T2管导通，管导通，T 1管截止，电管截止，电流流ic2由下而上流过负载由下而上流过负载RL，在负载上输出的负半周。，在负载上输出的负半周。这样这样T 1，T2轮流导通，交替工作，在负载轮流导通，交替工作，在负载 RL上得上得到一个完整的正弦波形，到一个完整的正弦波形，名名 师师 课课 堂堂3.输出功率和效率输出功率和效率 (1)输出功率输出功率Po在负载在负载RL上得到的输出功率，用上得到的输出功率，用Po表示表示 (5.2.1)在理想情况下，可认为在理想情况下，可认为Vom=Vcc-VCESVCC，则最大输出功，则最大输出功POM可表示为可表示为 （5.2.2

7、）（2）效率效率 效率为输出功率和电源提供功率的比值，设电源消耗的功率用效率为输出功率和电源提供功率的比值，设电源消耗的功率用PEM表表示，则示，则:上式说明，在理想乙类功放电路中，如果上式说明，在理想乙类功放电路中，如果电源提供了电源提供了10W的直流功的直流功率，有率，有7.85W转换成交流输出功率转换成交流输出功率,仅有仅有2.15W消耗在功率管消耗在功率管上。上。名名 师师 课课 堂堂L2omomomomomoooRV21VI212V2IVIPLCCRV2OM21P%5.78EMOMPP4.交越失真及消除方法交越失真及消除方法（1）交越失真）交越失真 上面讨论中忽略了三极管导通电压的上

8、面讨论中忽略了三极管导通电压的影响。实际上，由晶体管的输入特性可知，影响。实际上，由晶体管的输入特性可知，基极与发射极之间的电压基极与发射极之间的电压VBE必须超过门必须超过门坎电压坎电压Vth时才会产生基极电流和相应的集时才会产生基极电流和相应的集电极电流。当输入电压小于门坎电压时，电极电流。当输入电压小于门坎电压时，管子截止，管子截止，iE1和和iE2基本为基本为0，结果使集电，结果使集电极电流底部发生变形，如图极电流底部发生变形，如图 所示，这种使所示，这种使输出电流在正、负半周交接处产生的失真输出电流在正、负半周交接处产生的失真称之为交越失真。称之为交越失真。名名 师师 课课 堂堂（2

9、）如何消除交越失真如何消除交越失真 消除交越失真的最好方法是在两管的基极回路中加上合适的偏置电压，使管子在静态时能处于微导通状态。消除交越失真的静态偏置电路常用的有二极管串联电路和VBE倍增电路。（A）二极管串接电路）二极管串接电路 如图 右图 所示，采用两只硅二 极管串联起来接于两功率管基极之间，利用二极管的正向管压降为两功率管利用二极管的正向管压降为两功率管 提供所需偏置，以避免交越失真提供所需偏置，以避免交越失真。二极 管正向导通时交流内阻很小，对信号的衰减小，使两管基极交流信号的幅值基本相等。此外当温度升高时，二极管的正向压降随温度升高而减小，这样对两只功率管还具有温度补偿作用。名名

10、师师 课课 堂堂(B)VBE倍增电路倍增电路 电路如下图所示，电路如下图所示，R4、R5为为VT3管的偏置电阻。利用管的偏置电阻。利用VT3管的压管的压降降VCE3，作为功放管的偏置电压。调整，作为功放管的偏置电压。调整R4的阻值，使的阻值，使VCE3满足功放管满足功放管不出现交越失真所需的偏置值。不出现交越失真所需的偏置值。名名 师师 课课 堂堂5.2.2 单电源互补对称功率放大电路（单电源互补对称功率放大电路（0TL电路）电路）如图如图5.2.6 所示为所示为OTL电路的基本结构，电路中放大元件是两个电路的基本结构，电路中放大元件是两个不同类型但特性和参数完全对称的晶体管，与图不同类型但特

11、性和参数完全对称的晶体管，与图5.2.1 所示的电路比所示的电路比较，具有两个不同之处，较，具有两个不同之处，采用单电源供电，输出端通过大容量电容采用单电源供电，输出端通过大容量电容C与负载与负载RL耦合。耦合。名名 师师 课课 堂堂电路工作原理：电路工作原理：如图5.2.6所示OTL电路中，静态时因两管对称,所以中点电位，管子VT1、VT2的发射结电压 ，两个管均截止。输入ui 为正弦交流信号，当vi为正半周时，VT1管导通，VT2管截止，电源向C充电并在RL两端输出正半周信号；当vi为负半周时，VT1管截止，VT2管导通，电容器C通过VT2管形成放电回路，并在RL上输出负半周波形。只要C容

12、量足够大，放电时间常数RLC远大于输入信号的最长周期，则C两端的电压可认为近似不变，近似为 。因此VT1管和VT2管的直流供电电压均为 。输出信号的最大幅度Vom可近 ,所以负载可获得的最大功率为 （5.2.3）OTL电路的理想效率与OCL电路一样为78.5%。名名 师师 课课 堂堂CCBAVVV210ABBEVVVCCV21CCV21CCV21LCCLCCLomOMRVRVRVP82)2(212225.2.3 实用实用OTL功放电路功放电路 图5.2.7所示电路是实用的OTL功率放大电路，它主要由激励放大级和功率放大级组成。(1)激励放大级激励放大级 主要是由VTl、RP1、R1、R2、R3

13、、C2等元件组成的工作点稳定的分压式偏置放大器，工作在甲类状态。输入信号放大后由 集电极输出，加到VT2、VT3的基极。中点电位 。RP1为上偏置电阻，且接在输入与输出端之间，引入了电压并联负反馈，起到稳定静态工作点和提高输出信号电压的稳定度的作用。图5.2.7 OTL功放电路 名名 师师 课课 堂堂CCAVV21 R3是VTl管的集电极电阻，可将放大的电流转换为电压，一方面加在VT2、VT3的基极，另一方面通过C4加在VT2、VT3的发射极，为功率放大输出级提供足够的推动信号。(2)功率放大输出级功率放大输出级 互补对称管VT2、VT3组成互补对称功率放大电路，RP2和二极管V4为VT2、V

14、T3提供适当的发射结电压，使两管在静态时处于微导通状态，以消除交越失真。调节RP2可调整输出管静态工作点。设输入信号为负半周，经VT1放大并反向后，加到VT2和VT3基极的是正半周信号，功放管VT2导通，VT1截止。负载RL上获得正半周信号。当输入信号为正半周时，RL获得负半周信号。如此两管轮流工作，在负载RL输出完整的信号波形。名名 师师 课课 堂堂5.2.4 复合互补对称功放电路复合互补对称功放电路 如图5.2.9所示电路为实用的复合互补对称OTL功放电路。图中VT2、VT4组成NPN型复合管，VT3、V T5组成PNP型 复合管。VT1为前置电压甲类放大电路，负 载电阻为R3。R4、V6

15、为偏置电路，其上的 压降使复合管工作在甲乙类状态，以消除交 越失真。RP为VT1的偏置电阻，同时起交、直流负反馈的作用，调整它使中点电压 VA1/2VCC。R9、R10为输出限流电阻。C2、R6组成自举电路，以使VT2、VT4尽最大限度 导通，提高负半周的输出幅度。图图5.2.9 复合管复合管OTL电路电路 由图可见采用复合采用复合 管后，大功率管管后，大功率管VT4、VT5为同一导电类型，配对比为同一导电类型，配对比较容易。较容易。名名 师师 课课 堂堂5.3 集成功率放大器集成功率放大器 随着微电子技术的发展，集成功率放大器因具有体积小、工作稳定、容易安装、调整方便等特点，目前已被广泛用于

16、收录音机，电子琴，家电产品以及通信终端设备。集成功率放大电路的型号很多，本节以8FY386为例介绍它的电路组成及典型应用。名名 师师 课课 堂堂5.3.1 电路组成电路组成 LM386（8FY386）集成功放的组成框图如图5.3.1所示，LM386（8FY386）集成芯片的原理电路如图5.3.1所示，它主要由三部分组成。图5.3.1 LM386（8FY386）集成功放框图 名名 师师 课课 堂堂 1.输入级：它由T1、T2和T3、T4组成的差分电路构成。为了提高电压放大倍数及对称性，由T5、T6构成镜像恒流源作差分管的有源负载。为防止电路自激，从发射极电阻R2和R3之间引出接线端（7）以便外接

17、去耦电容。2.中间级：又称驱动级，它由带恒流源负载的T7组成共射放大电路。具有较高的增益，将差放管T3的输出信号放大，推动互补对称输出级。3.输出级：它由T8、T9复合管与T10组成准互补对称电路，D1、D2为输出级提供固定偏置电压，以消除交越失真。名名 师师 课课 堂堂 引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端。电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端（引脚5）应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到T2的发射极，形成反馈通路，并与R5和R6构成反馈网络，从而引入了深度电压串联负反馈负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。LM386的引脚图的引脚图LM386的外形和引脚的排列如右图所示。

18、引脚2为反相输入端，3为同相输入端；引脚5为输出端；引脚6和4分别为电源和地；引脚1和8为电压增益设定端；使用时在引脚7和地之间接旁路电容，通常取10F。名名 师师 课课 堂堂 5.4 功率放大器实际应用举例功率放大器实际应用举例 在5.3节集成功率放大电路中，我们已介绍了集成功放的组成。下面通过两个实际的例子来介绍功率放大器的应用。5.4.1 简易家用有线对讲机 图图5.4.1 简易家用对讲机电路简易家用对讲机电路 图图5.4.2 LM390引脚排列和引脚功能引脚排列和引脚功能 IC是lW的音频功率放大集成电路LM390，共有14个引脚，是双列直插式结构，其引脚排列和引脚功能如图5.4.2所

19、示。名名 师师 课课 堂堂 电路中有两只扬声器：一个扬声器BL1及选择开关S1放在主控制室内；另一个扬声器BL2及开关S2放在需要通话的房间内。平时，开关S1、S2均置于“听”的位置。当开关S1置于“讲”的位置时，主扬声器BL1就作送话器，将话音信号送到放大器IC的脚输入端，经放大后从脚输出，送到对方扬声器BL2发出声音。当开关S2拨到“讲”的位置时，S1拨到“听”的位置时，情况与上述相反，扬声器BL2就作为送话器，话音信号从放大器IC的脚输入，经放大后从脚输出，主扬声器BLl就能接收BL2送来的话音信号。在本电路中电压增益可达300dB，如有纹波信号干扰，可在脚与地之间接一只10uF或更大的

20、电容即可消除。R3、C5可以增强电路的稳定性。名名 师师 课课 堂堂5.4.2 高保真音频功率放大器 电路如图5.4.4所示，全电路采用了二个IC，IC1（TL072）为双运算放大集成块，IC2（PC1225H）为功率激励专用集成块，如图5.4.5所示。功率输出部分为分立元件双电源互补对称功放电路（VT1、VT2组成），VT3构成功放电路偏置电路，调整R9可以调整输出功放电路的工作点，使之工作在甲乙类状态，以消除交越失真。名名 师师 课课 堂堂 IC1a接成同相输入射随电路，使整个放大器的输入电阻Ri=1M，为高阻输入。IC1b为同相输入运放电路，（倍），IC2为功率驱动部 分。由R5、R6引

21、入深度的电压串联负反馈。（倍）。故功放电路的总电压增益 （倍）。22K电位器RP用来调节音量大小。放大器输出部分为采用分立元件的双电源互补对称功放电路，VCC=35V，最大输出功率按估算公式：，要求负载上的输出 交流电压vO35V，则功率放大器的交流输入电压 ，功率放大器的交流输入电压（信号源）可以是调谐器，录音座或VCD唱机，及微音器等。图5.4.5 TL072及PC1225H引出端 名名 师师 课课 堂堂11RR1A231uf32RR1A562uf352AAuf2uf1总uA)W(76RV21PL2CCOMVAvvuoi1.035235总本章小结本章小结1.功率放大电路的主要任务是向负载提

22、供大的功率，要求它的效率高，并应功率放大电路的主要任务是向负载提供大的功率，要求它的效率高，并应该考虑散热问题，以保证功率管安全可靠地工作。该考虑散热问题，以保证功率管安全可靠地工作。2.功放电路分成甲、乙、甲乙、丙四类，甲类的理想效率功放电路分成甲、乙、甲乙、丙四类，甲类的理想效率50%，乙类的理想，乙类的理想效率效率78.5%，丙类的理想效率，丙类的理想效率85%。但乙类、丙类都出现了严重的波形失。但乙类、丙类都出现了严重的波形失真，采用互补对称电路是解决乙类失真的有效方法。真，采用互补对称电路是解决乙类失真的有效方法。3.OCL电路采用双电源供电，与负载之间采用直接耦合，最大输出功率；电

23、路采用双电源供电，与负载之间采用直接耦合，最大输出功率；OTL电路采用单电源供电，与负载之间采用电容耦合，最大输出功率；电路采用单电源供电，与负载之间采用电容耦合，最大输出功率；OTL和和OCL电路的理想效率均为电路的理想效率均为78.5%。4.由于三极管导通电压的影响，采用乙类工作时，功放将产生交越失真，为由于三极管导通电压的影响，采用乙类工作时，功放将产生交越失真，为了克服交越失真必须有合适偏置，使功率管工作在甲乙类状态。常用的偏了克服交越失真必须有合适偏置，使功率管工作在甲乙类状态。常用的偏置电路有二极管串联电路及置电路有二极管串联电路及VBE倍增电路。倍增电路。5.集成功率放大器应用广泛，小功率的集成块由输入级、中间级、输出级三集成功率放大器应用广泛，小功率的集成块由输入级、中间级、输出级三部分组成。大功率输出的功放驱动部分采用集成块，输出部份采用分立元部分组成。大功率输出的功放驱动部分采用集成块，输出部份采用分立元件，以减少损坏率。件，以减少损坏率。名名 师师 课课 堂堂 欢迎老师和同学们提出宝贵的意见！欢迎老师和同学们提出宝贵的意见！名名 师师 课课 堂堂