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第 11 讲

第 11 讲. 第 11 章 基本放大电路. 11.3 功率放大电路. 11.3.1 概述 11.3.2 变压器耦合功率放大电路 11.3.3 互补对称功率放大电路原理 11.3.4 无输出变压器 (OTL) 的互补对称功放电路 11.3.5 无输出电容 (OCL) 的互补对称功放电路 11.3.6 实际功放电路 11.3.7 集成功率放大器 ( 教材 12.8). 执行机构. 信号提取. 电压放大. 功率放大. 11.3.1 概述.

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  1. 第11讲 第11章 基本放大电路 11.3 功率放大电路 11.3.1 概述 11.3.2 变压器耦合功率放大电路 11.3.3 互补对称功率放大电路原理 11.3.4 无输出变压器(OTL)的互补对称功放电路 11.3.5 无输出电容(OCL)的互补对称功放电路 11.3.6 实际功放电路 11.3.7 集成功率放大器(教材12.8)

  2. 执行机构 信号提取 电压放大 功率放大 11.3.1 概述 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、 仪表指针偏转等。 例： 扩音系统

  3. Ic ICM PCM uce UCEM 分析功放电路应注意的问题 (1) 功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值: ICM、UCEM、PCM。

  4. (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。 (3) 电源提供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。 Pomax: 负载上得到的交流信号功率。 PE ： 电源提供的直流功率。

  5. 射极输出器输出电阻低，带负载 能力强，可以用做功率放大器吗 问题讨论: ？ 答： 不合适，因为效率太低 。 Ic USC /RE USC ib Q Rb uce USC uo ui RE uo uo t

  6. 2 2 U I CEQ CQ 2 = = P U I U / 2 R E SC CQ SC E 2 2 ( U / 2 2 ) U = = = P SC SC R 8 R O E E 射极输出器效率低的原因 ： 一般射随静态工作点（Q）设置较高（靠近负载线的中部），信号波形正负半周均不失真 。电路中存在的静态电流（ICQ），在晶体管和射极电阻中造成较大静态损耗，致使效率降低。设Q点正好在负载线中点，若忽略晶体管的饱和压降，则有： UCEQ = 0.5USC；ICQ =0.5USC /RE。

  7. 如何解决效率低的问题？ 办法：降低Q点 但又会引起截止失真 既降低Q点又不会引起截止失真的办法： 采用推挽输出电路，或互补对称射极输出器

  8. USC Rb1 iL T1 + + Re – ui + RL – – T2 Rb2 11.3.2 变压器耦合推挽功率放大电路 放大器：由两个共射极放大器组成，两个三极管的射极接在一起， 输出变压器：将两个集电极输出信号合为一个信号，耦合到副边输出给负载。 输入变压器：将输入信号分成两个大小相等相位相反的信号，分别送两个放大器的基极，使T1、T2轮流导通。

  9. USC USC Rb1 Rb1 iL T1 T1 USC Rb2 Rb1 Re Re ui T1 RL Re T2 Q Rb2 T2 Rb2 直流通道 变压器线圈对于直流相当于短路 对于任何一个三极管都是静态工作点稳定的共射极放大器 两个三极管的静态工作点都设在刚刚超过死区, IB很小,IC也很小,降低直流功耗。

  10. USC Rb1 iL T1 ic1 T1 – + + + – Re + – Re ui – – + RL RL – + ui – T2 – + – + – + T2 + Rb2 ic2 ib2 交流通道 输入信号正半周，T1导通，T2截止 ib1 ui>0 ui<0 输入信号负半周，T2导通，T1截止

  11. +USC T1 ui iL uo RL T2 -USC 11.3.3 互补对称功率放大电路 互补对称：电路中采用两个晶体管：NPN、 PNP各一支；两管特性一致。组成 互补对称式射极输出器 NPN型 PNP型

  12. +USC T1 ic1 ui iL uo RL ic2 T2 -USC 一、工作原理（设ui为正弦波） 静态时： ui = 0V  T1、T2均不工作  uo = 0V 动态时： T1导通，T2截止 ui > 0V iL= ic1; ui 0V T1截止，T2导通 iL=ic2 注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式。

  13. ui +USC T1 uo ´ uo ui iL uo RL T2 uo -USC 交越失真 输入输入波形图 死区电压

  14. +USC T1 ui iL uo RL T2 -USC 特点： (1) 静态电流ICQ、IBQ等于零； (2) 每管导通时间于半个周期 ； (3) 存在交越失真。

  15. +USC T1 ULmax ui iL UL RL T2 -USC 二、最大输出功率及效率的计算 假设 ui 为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时均能饱和，此时输出达到最大值。 若忽略晶体管的饱和压降，则负载（RL)上的电压和电流分别为： 负载上得到的最大功率为：

  16. ic1 t 电源提供的直流平均功率计算： 每个电源中的电流为半个正弦波，其平均值为: USC1 =USC2 =USC 两个电源提供的总功率为：

  17. 效率为：

  18. 互补对称功放的类型 无输出电容形式 （ OCL电路） 无输出变压器形式 （ OTL电路） 互补对称功放的类型： OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess

  19. +USC T1 UC USC/2 - + A ui C UL RL T2 11.3.4 无输出变压器的互补对称功放电路 一、特点 1. 单电源供电； 2. 输出加有大电容。 二、静态分析 令： 则 T1、T2 特性对称， 

  20. +USC 时，T1导通、T2截止； T1 ic1 T1截止、 T2导通。 时， 交越失真 - + A ui C UL RL T2 ic2 三、动态分析 设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号 （UC相当于电源） 若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。

  21. U U = = SC SC U I ， max max L L ui 2 2 R L t uL ULmax t 四、输出功率及效率 若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大。则：

  22. +USC b1 T1 R Re1 D1 T3 C A D2 Re2 RL b2 T2 ui 实用OTL互补输出功放电路 调节R,使静态UA=0.5USC Re1、 Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用 D1、 D2使b1和b2之间的电位差等于2个二极管正向压降，克服交越失真

  23. +USC +USC T1 T1 UC - + A A ui C ui iL UL RL RL T2 T2 -USC 11.3.5 无输出电容的互补对称功放电路 OCL电路 OTL电路 增加对称的负电源-USC ，使静态时的A点电位为0

  24. ui +USC  t T1 uo 交越失真 A  t ui iL RL T2 -USC 存在交越失真 OCL电路

  25. +USC R1 T1 D1 UL ui iL D2 RL T2 R2 -USC 1.克服交越失真的措施： 电路中增加 R1、D1、D2、R2支路 静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、 D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态； 动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2基极电位进一步提高，进入良好的导通状态。

  26. iB iB IBQ t uBE uB1 iC iC USC /RE ib t UT IBQ ICQ uce Q USC 波形关系： 特点：存在较小的静态电流 ICQ 、IBQ 。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。

  27. + I B1 R1 IB U B E R2 B2 - 2. UBE电压倍增电路 为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真电路中的D1、D2两二极管可以用UBE电压倍增电路替代。 图中B1、B2分别接T1、 T2的基极。假设I >>IB，则 合理选择R1、R2大小，B1、 B2间便可得到 UBE 任意倍数的 电压。

  28. e e ib ib b T1 c b c ic T2 ic ib ic b c ic ib c T1 b e T2 e 3. 电路中增加复合管 增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。 复合NPN型 复合PNP型   12 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。

  29. +USC ui T1 T3 T4 R1 T2 R2 T5 RL T6 -USC 改进后的OCL准互补输出功放电路： T1：电压推动级 T1、R1、R2： UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6： 复合管构成的输出级 准互补 输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。

  30. 第4级：互补对称射极跟随器 +UCC RC3 RE3 RC1 RC2 T7 - T6 T5 T10 T2 T1 R1 RE4 T8 RL + RE5 T9 T3 RE2 T4 T11 R3 R2 RC4 -UEE 第1级：差动放大器 第3级：单管放大器 第2级：差动放大器 集成运放内部的功率放大器

  31. 11.3.6 实际功放电路 这里介绍一个实用的OCL准互补功放电路。其中主要环节有 ： (1) 恒流源式差动放大输入级（T1、T2、T3）； (2) 偏置电路（R1、D1、D2）； (3) 恒流源负载（T5）； (4) OCL准互补功放输出级（T7、T8、T9、 T10）； (5) 负反馈电路（Rf、C1、Rb2构成交流电压串联负反馈）； (6) 共射放大级（T4）； (7) 校正环节（C5、R4）； (8) UBE倍增电路（T6、R2、R3）； (9) 调整输出级工作点元件（Re7、Rc8、Re9、Re10）。

  32. +24V Re4 R1 Rc1 T7 T4 T2 T1 T9 ui Rf C2 R2 Re7 Re9 C1 T6 BX Rb1 Rb2 R3 C3 C5 T10 T8 R4 T3 RL T5 D1 C4 Re3 Re5 RC8 Re10 D2 -24V 实用的OCL准互补功放电路： 共射放大级 反馈级 准互补功放级 UBE 倍增 电路 保险管 差动放大级 偏置电路 恒流源 负载 负载

  33. 11.3.7 集成功率放大器 特点：工作可靠、使用方便。只需在器件外部适当连线，即可向负载提供一定的功率。 集成功放LM384： 生产厂家：美国半导体器件公司 电路形式：OTL 输出功率：8负载上可得到5W功率 电源电压：最大为28V

  34. ) 1 14 13 2 3 12 4 11 5 10 6 9 7 8 集成功放 LM384管脚说明: 14--电源端（ Vcc） 3、4、5、7 -- 接地端（ GND） 10、11、12 --接地端（GND） 2、6 --输入端 （一般2脚接地） 8 --输出端 （经500 电容接负载） 1 --接旁路电容（5 ） 9、13 --空脚（NC）

  35. Vcc ui - 14 500 6 8 2 + 1 2.7 5 8 0.1 集成功放 LM384 外部电路典型接法： 输入信号 电源滤波电容 输出耦合大电容 调节音量 低通滤波,去除高频噪声 外接旁路电容

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