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7.3 功率放大电路

7.3 功率放大电路. 7.3.1 互补对称功率放大电路 7.3.2 集成功率放大器. 概述. 执行机构. 信号提取. 电压放大. 功率放大. 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. HOME. 功率放大与电压放大的区别 1 。后者只能给出放大的电压，不能给出大电流， 所以其功率输出并不大。而前者则既要输出大电压，又要输出大电流。 2 。两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以对器件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极管，电阻，电容等。

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7.3 功率放大电路

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  1. 7.3 功率放大电路 7.3.1 互补对称功率放大电路 7.3.2 集成功率放大器

  2. 概述 执行机构 信号提取 电压放大 功率放大 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 HOME

  3. 功率放大与电压放大的区别 1。后者只能给出放大的电压，不能给出大电流， 所以其功率输出并不大。而前者则既要输出大电压，又要输出大电流。 2。两者都放大信号，但前者要输出大电流，所以对器件要求高，即耐压高，电流大，包括对三极管，电阻，电容等。 2。后者对电源转换效率要求不高，因为输出功率较小，所以电源本身功耗不大，一般可以不考虑功率损耗。而前者对电源要求高，电路设计中要提高能量转换效率。 尤其是便携式，移动式设备中对此要求更高。 HOME

  4. Ic ICM PCM uce UCEM 设计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。 工作区 HOME

  5. (2) 电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。即动态范围要尽可能大。 (3) 电源提供的能量尽可能地转换给负载，以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。 HOME

  6. 问题讨论 UCC Rb ib ui RE uo 射极输出器能否做功率放大？ 射极输出器的输出电阻低，带负载能力强，是否可以作功放呢？ HOME

  7. 考虑最理想的情况： 设负载开路，此时输出电压最大；同时忽略管子压降。 首先做负载线 确定工作点Q UCC Rb uo ui RE uo t ic ib Q uce UCC uo 注意是uo而不是uce HOME

  8. 为得到较大的输出信号，假设将射极输出器的静态工作点（Q）设置在负载线的中部，令信号波形正负半周均不失真 ，如下图所示。再按照最理想情况： Ic Q uCE UCC 则静态工作点： 直流负载线 UCEQ = 0.5UCC 忽略晶体管的饱和压降和截止区，输出信号uo的峰值最大只能为： 因负载开路， 所以交直流 负载线合一 HOME

  9. 1. 直流电源输出的功率 [IcQ=(UCC/2)/RL] 2. 最大负载功率 3. 最大效率 (RL开路时,最理想的情况) 放大电路的Q设在负载线中间，输出无失真，称为甲类放大。 HOME

  10. 如何解决效率低的问题？ 办法：减小静态损耗。即降低Q点位置。 缺点：会引起截止失真。 既降低Q点又不会引起截止失真的办法： 互补对称射极输出器。 HOME

  11. HOME

  12. 7.3.1 互补对称功率放大电路 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） 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： OTL: Output TransformerLess OCL: Output CapacitorLess HOME

  13. +UCC V1 ui iL uo RL V2 -UCC 1. OCL互补对称功放电路 电路的结构特点： 1. 由NPN型、PNP型三极管构成两个互补的射极输出器对接而成。 2. 双电源供电。 3. 输入输出端不加隔直电容。直接耦合。 HOME

  14. HOME

  15. +UCC V1 ic1 ui iL uo RL ic2 V2 -UCC （1）静态分析： ui = 0V  V1、V2均不工作  uo = 0V 因此，不需要隔直电容。 （2）动态分析： V1导通，V2截止 ui > 0V iL= ic1; ui 0V V1截止，V2导通 iL=ic2 V1、V2两个晶体管都只在半个周期内工作的方式，称为乙类放大。 HOME

  16. ui +UCC t V1 u´o´ t u"o ui iL uo RL t V2 uo -UCC t 交越失真 乙类放大的输入输出波形关系: 死区电压 交越失真：输入信号 ui在过零前后，输出信号出现的失真便为交越失真。 HOME

  17. HOME

  18. +UCC V1 ui iL uo RL V2 -UCC 乙类放大的特点： (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。 HOME

  19. HOME

  20. +UCC V1 ULmax ui iL UL RL V2 -UCC （3）参数计算 假设 ui 为正弦波且幅度足够大，V1、V2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)上的电压和电流的最大幅值分别为： 负载上得到的最大功率为： HOME

  21. 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: UCC1 =UCC2 =UCC 两个电源提供的总功率为： HOME

  22. 效率为： 结论：OCL电路效率较高； 电流、电压波形存在失真。 HOME

  23. iB iB uBE t ui UT t 电路的改进 1. 克服交越失真 交越失真产生的原因： 在于晶体管特性存在非线性，ui<uT时晶体管截止。 HOME

  24. +UCC R1 V1 V1 UL ui iL V2 RL V2 R2 -UCC 克服交越失真的措施： 电路中增加 R1、V1、 V2、R2支路。 +0.6V 静态时 V1、V2两管发射结电位 分别为二极管V1、 V2的 正向导通压降，致使两管 均处于微弱导通状态。 0V -0.6V HOME

  25. +UCC R1 V1 V1 UL ui iL V2 RL V2 R2 -UCC 两管导通时间均比半个周期大一些的工作方式称为“甲乙类放大” 。 动态时 设 ui 加入正弦信号。 正半周，VB上升， V2 截止，V1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态； 负半周，VB下降，V1截止，V2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。从而克服死区电压的影响，去掉交越失真。 B HOME

  26. iB iB IBQ t uBE uB1 iC iC UCC /RE ib t UT IBQ ICQ uce Q UCC 甲乙类放大的波形关系： 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。 HOME

  27. c c ic ic ib b ib V1 b e V2 e 2. 电路中增加复合管 增加复合管的目的是：扩大电流的驱动能力。 复合管的构成方式： 方式一： HOME

  28. e e ib ib b V1 b V2 ic c ic c 复合管构成方式很多。不论哪种等效方式，等效 后晶体管的性能确定均如下： 方式二：   12 晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。 HOME

  29. 例7.8 在图7.36所示电路中，UCC1= UCC2= UCC=24V；RL=8Ω，试求： (1) 当输入信号Ui=12V(有效值)时，电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率及效率。 (2)输入信号增大至使管子在基本不失真情况下输出最大功率时，互补对称电路的输出功率、管耗、电源供给的功率及效率。 (3) 晶体管的极限参数。 HOME

  30. 解: (1) 在Ui=12V有效值时的幅值为： Uim=Ui≈17V　，即Uom≈Ui=17V。 PV = PU – Po = 32.5 – 18.1 =14.4W HOME

  31. (2) 在最大输出功率时，最大输出电压为24V。 PV = PU – Po= 45.8 - 36 = 9.8W (此时两管的功耗并 不是最大功耗) HOME

  32. (3) 晶体管的极限参数 PCM≥0.2Pom=0.2×36=7.2W(每一管) U(BR)CEO≥2UCC=2×24 = 48V HOME

  33. +UCC V1 UC 0.5UCC - + A ui C UL RL V2 2. OTL互补对称功放电路 (1)、特点 1. 单电源供电； 2. 输出加有大电容。 B (2)、静态分析 先调静态工作点令：UB=0.5UCC 则 V1、V2 特性对称，  HOME

  34. +UCC V1 ic1 交越失真 ui - + A ui C 0.5UCC t UL RL V2 ic2 时， V1截止、 V2导通。 (3)、动态分析 设输入端在 0.5UCC 直流电平基础上加入正弦信号。 时，V1导通、V2截止； 电容C起电源作用 若输出电容足够大， UC基本保持在0.5UCC ，负载上得到的交流信号正负半周对称，但存在交越失真。 HOME

  35. ui t uL ULmax t (4)、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： HOME

  36. HOME

  37. 在图7.41所示电路中，已知：RB1=22kΩ 、RB2=47kΩ、RE1=24Ω 、RE2= RE3=0.5Ω、 R1=240Ω、RP=470Ω、RL=8Ω，V2为3DD01A、V3为3CD10A，V4、V5为2CP。试求：(1)最大输出功率； (2)若负载RL上的电流为iL=0.8sinωt（A）时的输出功率和输出电压幅值。 例7.9 (1)最大输出功率 解： (2) 输出功率 输出电压幅值Uom=0.8×8=6.4V HOME

  38. 图7.41 HOME

  39. +UCC b1 V1 R Re1 V1 V3 C B A V2 Re2 RL b2 V2 ui 实用OTL互补输出功放电路 调节R,使静态UAQ=0.5UCC Re1、 Re2：电阻值1~2，射极负反馈电阻，也起限流保护作用。 V1、 V2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。 HOME

  40. 7.3.2 集成功率放大器 1. 音频集成功率放大器 (1) SL 4112 内部设有静噪抑制电路，因而接通电源时爆破噪声很小。它具有电源电压范围宽，降压特性良好等优点，适用于各种收录机。主要参数为：电源9V、输出功率2.3W、输入阻抗20kΩ、电压增益68dB、谐波失真2% 。 图7.42 SL 4112引脚图 HOME

  41. 图 7.43 SL 4112应用电路 HOME

  42. (2) TDA 2030 该集成功放接线简单，既可以接成OCL电路，又可以接成OTL电路，广泛应用于音响设备中。其内部设有短路保护电路，具有过热保护能力。主要参数为：电源6~18V、输出功率9W、输入阻抗5MΩ、电压增益30dB、谐波失真0.2% 。 TDA 2030引脚图 HOME

  43. 图 7.44 TDA 2030 应用电路 HOME

  44. 2.双音频集成功率放大器 (1) BTL电路 BTL功率放大器，其主要特点是在同样电源电压和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL电路大几倍的输出功率。 图 7.45 BTL原理电路 HOME

  45. 静态时，电桥平衡，负载RL中无直流电流。动态时，桥臂对管轮流导通。在ui正半周，上正下负，V1、V4导通，V2、V3截止，流过负载RL的电流如图中实线所示；在ui负半周，上负下止，V1、V4截止，V2、V3导通，流过负载RL的电流如图中虚线所示。忽略饱和压降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为UCC的输出信号电压。静态时，电桥平衡，负载RL中无直流电流。动态时，桥臂对管轮流导通。在ui正半周，上正下负，V1、V4导通，V2、V3截止，流过负载RL的电流如图中实线所示；在ui负半周，上负下止，V1、V4截止，V2、V3导通，流过负载RL的电流如图中虚线所示。忽略饱和压降，则两个半周合成，在负载上可得到幅度为UCC的输出信号电压。 HOME

  46. (2) LM378 LM378的外形及管脚如图7.46所示。主要参数为：电源10~35V、输出功率4W/信道、输入电阻3kΩ、电压增益34dB、带宽50kHz。 图7.46 LM378引脚图 HOME

  47. ① 反相立体声放大器 图7.47 简单反相立体声放大器 HOME

  48. ② 桥式结构单放大器 图7.48 BTL电路 HOME

  49. (3) TDA 1519 TDA 1519内部设有多种保护电路(负载开路、AC及DC对地短路等)，并有静噪控制及电源等待状态等功能。它在双声道工作时只要外接4只元件，BTL工作时只要外接1只元件，无需调整就能满意地工作。主要参数为：电源6~18V、输出功率5.5W(单声道，RL=4Ω) ~ 22W(BTL，RL=4Ω)、电压增益40dB(立体声) ~ 46dB(BTL)、谐波失真10% 。　 图7.49 TDA1519引脚图　　 HOME

  50. (a) 立体声电路 图7.50 TDA1519典型应用 HOME

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