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1、第九章 功率放大电路本讲稿第一页，共二十八页本章重点和考点：本章重点和考点：1.重点掌握功放的分类、最大输出电压、最大输出功重点掌握功放的分类、最大输出电压、最大输出功率和效率的计算。率和效率的计算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章教学时数：本章教学时数：4学时学时本讲稿第二页，共二十八页本章讨论的问题：本章讨论的问题：1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大电路有什么区别？路有什么区别？Q点如何设定？点如何设定？2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？3.互补式功放电路的输出
2、功率是否为单管功放电路的二倍？互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？4.甲类、乙类、甲乙类功放电路的最大输出电压、最大甲类、乙类、甲乙类功放电路的最大输出电压、最大输出功率和效率如何计算。（输出功率和效率如何计算。（OTL、OCL）学习方法：学习方法：图解法图解法本讲稿第三页，共二十八页9.1功率放大电路的主要特点功率放大电路的主要特点对功放的主要要求：对功放的主要要求：1.根据负载要求，提供所需要的输出功率。根据负载要求，提供所需要的输出功率。最大输出功率2.具有较高的效率具有较高的效率输出功率输出功率直流电源提直流电源提供功率供功率3.尽量减小非线性失真。尽量减小非线性失真。分
3、析方法分析方法：由于三极管工作在大信号状态，一般：由于三极管工作在大信号状态，一般 不采用不采用微变等效电路法，常采用微变等效电路法，常采用图解法图解法。本讲稿第四页，共二十八页射极跟随器对正、负向输入信号跟随能力不同。射极跟随器对正、负向输入信号跟随能力不同。uiu0+VCC-VEEReRLVT(1)当输入电压为正时当输入电压为正时最大正输出电压为最大正输出电压为(2)当输入电压为负时当输入电压为负时最大负向输出电压为最大负向输出电压为UOM=(VCC-UCES)问题：问题：射极跟随器的效率等于多大？射极跟随器的效率等于多大？问题：问题：射极跟随器能射极跟随器能否作为功率放否作为功率放大电路
4、？大电路？本讲稿第五页，共二十八页传统的功放为变压器耦合式电路传统的功放为变压器耦合式电路电源提供的功率为电源提供的功率为PVICQ VCC，全部消耗在管子上。，全部消耗在管子上。则可作出交流负载线则可作出交流负载线RL等效到原边的电阻为等效到原边的电阻为功放的电路形式功放的电路形式：互补对称式电路：互补对称式电路本讲稿第六页，共二十八页在理想变压器的情况下，最大输出功率为在理想变压器的情况下，最大输出功率为即三角形即三角形QAB的面积的面积在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波直流电源提供的功率不变直流电源提供的功率不变电路的最大效率为电路的
5、最大效率为:Pom/PV=50 本讲稿第七页，共二十八页实用的变压器功率放大电路实用的变压器功率放大电路希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也随之增大，从而提高效率。增大，从而提高效率。变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路图图9.12变压器耦合乙类推挽功率放大电路变压器耦合乙类推挽功率放大电路同类型管子在电路中交替导同类型管子在电路中交替导通的方式称为通的方式称为“推挽推挽”工作工作方式。方式。无输入信号，二管截止无输入信号，二管
6、截止有输入信号，二管交替有输入信号，二管交替导通导通本讲稿第八页，共二十八页功率放大电路的分类功率放大电路的分类在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信号整个周期内导通情况分类周期内导通情况分类甲类甲类(=2 )tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙类乙类(=)tiCO Icm ICQ2 甲乙类甲乙类(2 )丙类丙类：导通角导通角 小于小于 。丁类丁类：功放管工作在开关状态，管子：功放管工作在开关状态，管子仅在饱和导通时消耗功率。仅在饱和导通时消耗功率。集电极电流集电极电流iC将将严重失真。严重失真。本讲稿
7、第九页，共二十八页9.2互补对称式功率放大电路互补对称式功率放大电路9.2.1OTL 互补对称电路互补对称电路(Output TransfomerLesss)一、一、OTL 乙类互补对称电路乙类互补对称电路在在输输入入信信号号的的正正半半周周，VT1 导通，导通，iC1 流过负载；流过负载；负负半半周周，VT2导导通通，iC2 流流过负载。过负载。在在信信号号的的整整个个周周期期都都有有电电流流流流过过负负载载，负负载载上上 iL 和和 uO 基基本本上是正弦波。上是正弦波。存在的问题：存在的问题：交越失真交越失真交越失交越失真真图图 9.2.11.电路的组成电路的组成2.工作原理工作原理大电
8、大电容容问题：问题：Q点如何调节？点如何调节？本讲稿第十页，共二十八页3.OTL 乙类互补电路图解分析求乙类互补电路图解分析求UOM、POM和和Icm1=Icm2 Icm，Ucem1=Ucem2=Ucem，图图 9.2.3本讲稿第十一页，共二十八页4.三极管的最大功耗三极管的最大功耗PTMT截止、饱和时，三极管功耗很小。截止、饱和时，三极管功耗很小。T处于放大时，会出现最大功耗处于放大时，会出现最大功耗PTM。二个三极管二个三极管 的总功耗的总功耗0.4P0M，每个三极管的最大，每个三极管的最大功耗为功耗为PTM=0.2P0M5.OTL乙类互补对称电路的特点乙类互补对称电路的特点主要优点：效率
9、高主要优点：效率高主要问题：会出现交越失真主要问题：会出现交越失真本讲稿第十二页，共二十八页二、二、OTL 甲乙类互补对称电路甲乙类互补对称电路图图 9.2.4OTL 互补对称输出级互补对称输出级R、VD1、VD2 为为两两管管提提供供一一小小的的静静态态偏偏置置电电压压，使使得得在在输输入入信信号号等等于于零零时时，管管子子微微导导通通，以克服交越失真。以克服交越失真。图图 9.2.5OTL 互补电路波形图互补电路波形图tuIOtiC1OtiC2OtuOO问题：问题：如何消除如何消除交越交越失真失真？本讲稿第十三页，共二十八页OTL甲乙类互补对称电路小结甲乙类互补对称电路小结1.采用甲乙类电
10、路可消除交越失真。采用甲乙类电路可消除交越失真。2.静态工作点静态工作点Q的位置很低，目的是提高效率。的位置很低，目的是提高效率。3.UOM、POM和和的计算可近似用的计算可近似用OTL乙类互补对称乙类互补对称电路方法计算。电路方法计算。4.二个三极管二个三极管 的总功耗的总功耗0.4P0M，每个三极管的最大功，每个三极管的最大功耗为耗为PTM=0.2P0M本讲稿第十四页，共二十八页9.2.2OCL 互补对称电路互补对称电路(Output CapacitorLess)图图 9.2.6OCL 互补对称电路互补对称电路Ucem=VCC-UCES1.电路的组成电路的组成2.功率和效率分析功率和效率分
11、析问题：问题：Q点如何设置？点如何设置？本讲稿第十五页，共二十八页3.三极管的最大功耗三极管的最大功耗PTM 二个三极管二个三极管 的总功耗的总功耗0.4P0M，每个三极管的最大功，每个三极管的最大功耗为耗为PTM=0.2P0M4.OCL乙类互补对称电路的特点乙类互补对称电路的特点OCL电路省去了大电容，即改善了低频响应，又电路省去了大电容，即改善了低频响应，又 便于集成便于集成化；化；注意注意：二个三极管的发射集直接连接到负载上，如果：二个三极管的发射集直接连接到负载上，如果Q点失调，电路将点失调，电路将过载过载，损坏电路，常常在负载回路接入，损坏电路，常常在负载回路接入熔断器熔断器作为保护
12、。作为保护。本讲稿第十六页，共二十八页图图 9.3.19.3实际的功率放大电路实际的功率放大电路9.3.1OTL 音频功率放大电路音频功率放大电路中中间间级级前前置置放放大大级级功功率率放放大大级级电压串联负反馈电压串联负反馈电容：相位补偿电容：相位补偿本讲稿第十七页，共二十八页1.闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数2.最大输出功率最大输出功率实际上功率管不能工作在接近饱和区，本电路的实际实际上功率管不能工作在接近饱和区，本电路的实际输出功率小于或等于输出功率小于或等于0.5W。本讲稿第十八页，共二十八页9.3.2OCL 高保真功率放大电路高保真功率放大电路图图 9.3.2高保真高保真 OTL
13、功率放大电路功率放大电路带带恒恒流流源源的的差差动动放放大大输输入入级级共共射射放放大大电电路路中中间间级级OCL准准互互补补对对称称电电路路电压串联交流负反馈电压串联交流负反馈相位补偿相位补偿本讲稿第十九页，共二十八页1.闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数2.最大输出功率最大输出功率为了避免产生明显的失真，电路的实际输出功率应适当减小，本为了避免产生明显的失真，电路的实际输出功率应适当减小，本电路的额定输出功率为电路的额定输出功率为20W。本讲稿第二十页，共二十八页9.4集成功率放大器集成功率放大器OTL、OCL电路均有各种不同电压增益的多种型号的集成电路。电路均有各种不同电压增益的多种型号的
14、集成电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。只需外接少量元件，就可成为实用电路。集成功放的优点：集成功放的优点：温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小，内部有各种保护电路。小，内部有各种保护电路。集成功放的分类：集成功放的分类：通用型功放、专用型功放通用型功放、专用型功放单通道功放、双通道功放单通道功放、双通道功放小功率功放、大功率功放小功率功放、大功率功放本讲稿第二十一页，共二十八页图图 9.4.1集成功放集成功放 5G31 的电路原理图的电路原理图一、集成功放一、集成功放 5G31电路电路单单入入双双出出差差分分放放大大电电
15、路路单管放大电路单管放大电路单管共射放大电路单管共射放大电路功功率率放放大大级级电压串联负反馈电压串联负反馈本讲稿第二十二页，共二十八页二、引脚和典型接法二、引脚和典型接法5G31共有共有14个引脚个引脚典型接法见典型接法见P483 图图9.4.2三、三、主要技术指标主要技术指标见见P484本讲稿第二十三页，共二十八页1.闭环电压放大倍数闭环电压放大倍数2.最大输出功率最大输出功率(若接成若接成OTL互补对称输出级互补对称输出级)四、参数的计算四、参数的计算 本讲稿第二十四页，共二十八页附：附：LM386内部电路内部电路图图9.4.1LM386内部电路原理图内部电路原理图第一级差分放大电路第一
16、级差分放大电路（双入单出）（双入单出）第二级共射放大电路第二级共射放大电路（恒流源作有源负载）（恒流源作有源负载）第三级第三级OTL功放电路功放电路输出端应外接输出电输出端应外接输出电容后再接负载。容后再接负载。电阻电阻R7从输出端连接到从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与的发射极形成反馈通道，并与R5和和R6构成构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。反馈网络，引入深度电压串联负反馈。本讲稿第二十五页，共二十八页二、二、LM386的电压放大倍数的电压放大倍数1.当引脚当引脚1和和8之间开路时之间开路时Uf=UR5+UR6Ui/2 2.当引脚当引脚1和和8之间外接电阻之间外接电阻R时时本
17、讲稿第二十六页，共二十八页3.当引脚当引脚1和和8之间对交流信号相当于短路时之间对交流信号相当于短路时4.在引脚在引脚1和和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数电压放大倍数可以调节，电压放大倍数可以调节，调节范围为调节范围为20200。三、三、LM386引脚图引脚图图图9.4.2LM386的外形和引脚的外形和引脚9.4.2集成功率放大电路的主要性能指标（略）集成功率放大电路的主要性能指标（略）本讲稿第二十七页，共二十八页复习：复习：1.功放电路甲类、乙类、甲乙类如何划分？功放电路甲类、乙类、甲乙类如何划分？2.OTL功放功放Q点如何设置？最大输出电压、效率多大？点如何设置？最大输出电压、效率多大？3.OCL功放功放Q点如何设置？最大输出电压、效率多大？点如何设置？最大输出电压、效率多大？本讲稿第二十八页，共二十八页