集成功率放大器

实验十三集成功率放大器

（特别提醒：实验电路图中可能存在有的元器件数值与实验电路板中的不相同，实验时应以实验电路板中的为准。另外，由于元器件老化、湿度变化、温度变化等诸多因素的影响所致，实验电路板中所标的元器件数值也可能与元器件的实际数值不一致。有的元器件虽然已经坏了，但仅凭肉眼看不出来。因此，在每次实验前，应该先对元器件（尤其是电阻、电容、三极管）进行单个元件的测量（注意避免与其它元器件或人体串联或并联在一块测量）。并记下元器件的实际数值。否则，实验测得的数值与计算出的数值可能无法进行科学分析。）

一．实验目的

1．了解OTL互补对称功率放大器的调试方法。

2．熟悉集成功率放大器TDA2030的主要性能和使用。

3．熟悉功率放大器的设计，及其性能指标的测量和它的调整方法。

二．功率放大器的原理

（一）功率放大器的特点和分类

功率放大器的作用是给某些电子设备中换能器提供一定的输出功率，如：收音机中的扬声器、继电器中的电感线圈等。当负载一定时，希望输出的功率尽可能大，输出信号的非线性矢量尽可能小，效量尽可能高。

功率放大器根据三极管的静态工作电流的不同，可分为甲类、乙类、甲乙类三种。

甲类功率放大器的电流i c>0，三极管在信号一周内导通，电源始终不断地输送功率，在没有信号输入时（即静态），这些功率全部消耗在管子和电阻上；当有信号输入时（即动态），其中一部份转化为有用的输出功率，所以，输出功率较小，输出效率较低。

（二）互补推挽功率放大器

乙类、甲乙类功率放大器虽然效率高，但它的输出波形严重失真，为了妥善解决失真和效率的矛盾，采用了互补推挽式电路，如图13-1所示。

+

L

-

图13-1 基本互补推挽电路

图13-1中，当U i =0，T 1、T 2截止，U o =0，当U i 为正半周，T 2截止，T 1放大，负载上有电流流过，负半周时，T 1截止，T 2放大，两只管子在无信号时均不工作。而有信号时，轮流导通，故称互补推挽式电路。

若u i =U im sinωt,输出信号的电压幅值为U om ，输出信号的电流幅值分别为I om ，三极管T 1、T 2的交流电压幅值和电流幅值分别为U cem 、I cm 。

1．输出功率

P o =I o U=(L cem

cem cm om om om om R U U I U I U I 2

2121212

2=⋅==⋅

由图13-1，可知U cem(max)≈V cc

所以 P o(max)≈ L

2

R 2Vcc

2．直流电源供给功率Pv

电路中，正、负在一周期内轮流供电，电路的对称性使正负电源供给功率相等，所以电源总供给功率为单个电源供给功率的两倍。

L

cc

cem cc cm cm cc V R V U V I wt Sinwtd I wt d ic V P ππ

ππ

π

π

22

)((1

)(21

2

20

1=

=

=

=⎰⎰

所以Pv(max)≈L

cc R V

π2

2

3．效率η

cc

cem L

cc

cem L

2cem v o V 4U π=

R πV U 2R U 21=

P P =η

当U cem 最大，P o 最大，效率最大。 ∴ ηmax ≈

5.784

4≈=

π

πcc

cc

V U ﹪

上式忽略了U CE(sat)而得到的，因此实际最大效率要比它小。 4．管耗

由T 1.T 2在一个周期内轮流导通可知：两管是管耗相等，即P T1=P T2;总管耗

P T =P T1-P T2=2P T1=2P T2

P T1=)4

U U V (R 1)t (d i U 212

om

om CC L 20CE 1CE -π=ωπ⎰π

P T =2P T1= 0)2

(22

=-om

om cc L U U V R π

甲类放大器时，静态管耗最大，乙类工作时，静态却为零；当U om 由小增大时，由于

P T 是U om 的二次函数，令P T 对U om 的导数为零，即

0=)2

U π

V (R 1=dU dP om

cc L om

1T 由此可知U om =

cc cc

V 64.0≈π

V 2时。P T 达到最大；而当U om 由此继续增大时，P T 反而减小。总之P T 的最大值不出现在静态时，也不出现在最大输出功率时，

P Tmax =L cc L

cc cc

cc L R V R V V V R 2

22

22

22

2.02)2(2≈=-πππ

最大管耗与最大输出功率关系为

P Tmax ≈0.4P omax P T1max =P T2max ≈0.2P omax

这是在功率放大器设计中，选择功放管的重要依据。 5．功率三极管其余参数的选择 （1）U (BR)CEO 选择

在图13-1中，T 1导通时T 2截止，T 2所承受的最大电压为（-V cc -U om(max)）≈-2V cc ，同样T 2导通时，T 1截止，T 1所承受的最大反压为(V cc +U o(max))≈2Vcc ,因此两管必须满足：

|U (BR)CEO |>2Vcc

(2) I CM 的选择

由I CM =U cem /R L 可知：I CM 最大值为V cc /R L ，因此两管必须满足：

I CM >Vcc/R L

(3)P CM 的选择 两管的P CM 必须满足： P CM >0.2P omax

实际设计选管时，各参数应留有一定裕量。

（三）典型功率放大器的介绍

功率放大器有双电源供电的OCL 电路（无输出电容），也有单电源供电的OTL 电路（无输出变压器）。

图13-2 带自举的单电源互补推挽电路

-

V cc

L