第 5 章功率放大电路

第5章功率放大电路

§5.1 概述 功率放大器是以输出较大功率为目的的放大电路，为获得较大的输出功率，必须使：输出信号的电压高；输出信号的电流大；放大器的输出电阻与负载匹配。

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）。 §5.1 功率放大电路的几个问题 ICM U(BR)CEO

2. 电流、电压信号比较大，必须防止必须失真 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耗，即注意提高电路的效率（η）

三极管的三种组态中，射极输出器（共集放大器）的输出阻抗低，带负载的能力强，但其工作点Q设置得太高，其转换效率低。三极管的三种组态中，射极输出器（共集放大器）的输出阻抗低，带负载的能力强，但其工作点Q设置得太高，其转换效率低。

电压放大器一般工作在甲类，三极管360°导电，放大器的效率不高，理论上不超过25%。电压放大器一般工作在甲类，三极管360°导电，放大器的效率不高，理论上不超过25%。有较大的静态损耗，因此效率较低。

功率放大电路工作状态的分类 功率放大电路按其晶体管导通时间的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等。四类功放的工作状态示意图如图5-1所示。

图5-1 四类功率放大电路工作状态示意图

§5.2.1 OCL乙类互补对称功率放大电路 1.电路组成和工作原理 VT1、VT2分别为NPN型和PNP型晶体管，要求VT1和VT2管特性对称，并且正负电源对称。 §5.2 几种常见的功率放大电路

图5.2 OCL乙类互补对称功率放大电路

电路在静态时管子不取电流，而在有信号时，VT1和VT2轮流导电，交替工作，使流过负载RL的电流为一完整的正弦信号。由于两个不同极性的管子互补对方的不足，工作性能对称，所以这种电路通常称为互补对称式功率放大电路。

图5.3 电压和电流波形图

2.性能指标估算 OCL乙类互补对称功率放大电路的图解分析如图5.4所示。

图5.4 OCL乙类互补对称功率放大电路的图解分析

（1）输出功率Po • （2）效率η 直流电源提供的功率为半个正弦波的平均功率

（3）单管最大平均管耗PT PT是个变化的量

3.选管原则 （1）每只晶体管的最大允许管耗（或集电极功率损耗）PCM必须大于PT1max=0.2Pomax；（2）考虑到当T2接近饱和导通时，忽略饱和压降，此时VT1管的uCE1具有最大值，且等于2UCC。因此，应选用UCEO>2UCC的管子。（3）通过晶体管的最大集电极电流约为UCC/RL，所选晶体管的ICM一般不宜低于此值。

§5.2.2 OCL甲乙类互补对称功率放大电路 在输入电压较小时，存在一小段死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生了失真。由于这种失真出现在通过零值处，故称为交越失真。交越失真波形如图5.5所示。

图5.5 互补对称功率放大电路的交越失真

为减小交越失真，改善输出波形，通常设法使晶体管在静态时有一个较小的基极电流，以避免当ui幅度较小时两个晶体管同时截止。如图5.6所示。

图5.6 典型OCL甲乙类互补对称功放电路

由图5.7还可以看出，此时每管的导通时间略大于半个周期，而小于一个周期，故这种电路称为OCL甲乙类互补对称功率放大电路。

图5.7 OCL甲乙类互补对称功放电路波形图

§5.2.3 OTL甲乙类互补对称功率放大电路 无输出变压器电路、OTL(OutputTransformerLess)电路。 OTL功放的工作原理与OCL功放相同。只要把图5.4中Q点的横坐标改为UCC/2，并用UCC/2取代OCL功放有关公式中的UCC，就可以估算OTL功放的各类指标。

图5.8 典型OTL甲乙类互补对称功率放大电路

§5.2.4 采用复合管的互补功率放大电路 由复合管组成的互补功率放大电路如图5.9所示。图中，要求VT3和VT4既要互补又要对称，对于NPN型和PNP型两种大功率管来说，一般比较难以实现。

图5.9 复合管互补对称电路

为此，最好选VT3和VT4是同一型号的管子，通过复合管的接法来实现互补，这样组成的电路称为准互补电路，如图5.10所示。为此，最好选VT3和VT4是同一型号的管子，通过复合管的接法来实现互补，这样组成的电路称为准互补电路，如图5.10所示。

图5.10 准互补对称电路

晶体管D类功率放大电路由两个晶体管组成，它们轮流导电来完成功率放大任务。控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方波。晶体管D类功率放大电路有两种类型的电路：一种是电流开关型；另一种是电压开关型。它们的典型电路分别如图5.11、5.12所示。晶体管D类功率放大电路由两个晶体管组成，它们轮流导电来完成功率放大任务。控制晶体管工作于开关状态的激励电压波形可以是正弦波，也可以是方波。晶体管D类功率放大电路有两种类型的电路：一种是电流开关型；另一种是电压开关型。它们的典型电路分别如图5.11、5.12所示。 §5.3 D类功率放大电路简介

图5.11 电流开关型

图5.12 电压开关型

在电流开关型电路中，两管推挽工作，电源UCC通过大电感L′供给一个恒定电流ICC。两管轮流导电（饱和），因而回路电流方向也随之轮流改变。在电流开关型电路中，两管推挽工作，电源UCC通过大电感L′供给一个恒定电流ICC。两管轮流导电（饱和），因而回路电流方向也随之轮流改变。在电压开关型电路中，两管是与电源电压UCC串联的。

集成功放的种类很多，从用途划分，有通用型功放和专用型功放。从芯片内部的构成划分，有单通道功放和双通道功放。从输出功率划分，有小功率功放和大功率功放等。 §5.4 集成功率放大器及其应用

1.LM386内部电路 LM386电路简单，通用性强，是目前应用较广的一种小功率集成功放。它具有电源电压范围宽、功耗低、频带宽等优点，输出功率0.3~0.7W，最大可达2W。 LM386的内部电路原理图如图5.13所示，图5.14所示是其引脚排列图，封装形式为双列直插。

图5.13 LM386内部电路原理图

图5.14 LM386引脚排列图

2.LM386的典型应用电路 图5.15所示为LM386的典型应用电路。

图5.15 LM386典型应用电路

第 5 章 功 率 放 大 电 路