第九章功率放大电路案例
放大电路设计案例
放大电路设计案例放大电路是电子学中一个重要的概念，它用于将输入的信号放大到合适的幅度。
在实际应用中，放大电路被广泛应用于音频放大、无线通信、显示设备等领域。
本文将通过一个设计案例，详细介绍放大电路的设计过程和注意事项。
1. 设计要求我们需要设计一个放大电路，将输入的音频信号放大到足够的幅度，以便驱动扬声器输出声音。
该放大电路需要满足以下要求： - 输入阻抗大，以避免对音频源的影响；- 输出阻抗小，以提供足够的功率输出；- 频率响应平坦，在听觉范围内能够保持音频信号的准确性；- 电路稳定可靠，不易产生失真或噪声。
2. 电路设计根据设计要求，我们选择使用一个共射放大电路。
该电路可以提供较高的电压增益和较低的输出阻抗。
以下是电路设计的关键参数和步骤：2.1 输入级设计输入级的作用是提供电压放大。
为了满足输入阻抗大的要求，我们选择使用一个高阻抗的场效应管作为输入级。
场效应管的参数选择需要根据具体情况来确定，可以通过仿真软件进行优化。
2.2 中间级设计中间级的作用是进一步放大电压信号。
我们可以选择使用一个晶体管来实现中间级的放大。
晶体管的选择要根据输入电压和输出电压的幅度来确定，同时要注意与输入级和输出级之间的匹配。
2.3 输出级设计输出级的作用是提供足够的功率输出，并将信号驱动扬声器。
为了满足输出阻抗小的要求，我们可以选择使用一个功率放大器作为输出级。
功率放大器的选择可以根据输出功率和负载特性来确定，同时要注意与前一级之间的匹配。
3. 注意事项在放大电路的设计过程中，需要注意以下几个问题以确保电路的性能和可靠性：3.1 功耗和散热放大电路在工作过程中会产生一定的功耗，因此需要注意散热的问题。
合理设计散热系统，确保电路在长时间工作时不会过热。
3.2 稳定性和反馈为了提高电路的稳定性，可以采用负反馈技术。
通过添加反馈电路，可以减小电路的非线性失真和频率响应的变化。
3.3 抗干扰和抗放大器放大电路在实际应用中可能会受到各种干扰，如电源干扰、电磁干扰等。
功率放大电路
图 OTL功率放大器电路
集成功率放大器
C1为输入耦合电容，根据下式估算。 式中，fL为放大电路下限截止频率；Rs为信号源内阻； Ri为集成功放输入电阻。本例C1取10uF。
LM386集成功率放大器
1．LM386的特点 LM 386是一种低电压通用型音频集成功率放大
器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中。 LM386的内部电路和管脚排列如图1所示。它是8脚 DIP封装，消耗的静态电流约为4mA，是应用电池供 电的理想器件。该集成功率放大器同时还提供电压增 益放大，其电压增益通过外部连接的变化可在 20~200范围内调节。其供电电源电压范围为4~15v， 在8Ω 负载下，最大输出功率为325mw，内部没有过 载保护电路。功率放大器的输入阻抗为50kΩ ，频带 宽度300KHz。
2．TDd030实用电路及其元器件选择 (1)TDA2030接成OCL(双电源)电路典型应用电路如图 所示。图中R3、R2、C2使
TDA2030接成交流电压
串联负反馈电路。闭环 增益由下式估算
C2一般取几十微法，本例中取22pF。设要使功放电路 电压放大倍数为33倍，取R2＝680Ω ，则将数据代入上式 可求得R3＝21.76kΩ ．取标称值22k Ω 。
馈电阻加以调整。在规定输入电压的情况下，在功放 电路输入端加入1kxz规定电压值正弦信号，通过调整 外接负反馈电阻使之达到额定输出功率。
C10为OTL电路输出电容，它既是输出信号的耦合 电容，又起替代负电源的作用。两端充电电压为：VC10 ＝VCC／2，一般取耐压>VCC／2的几百微法电容。
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
第九章 功率放大电路
(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
第九章 功率放大电路
工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们都出现了严重的波形失 真。 因此， 既要保持静态时管耗小， 又要使失真不 太严重， 这就需要在电路结构上采取措施， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
第九章 功率放大电路
9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
第九章 功率放大电路
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
(9.2.13)
第九章 功率放大电路
得出， 当 U o = π U CC 时， 每管的损耗最大， 即
2 1 U CC 2 1 2 1 U CC ⋅ U CC − ( U CC ) 2 ] = 2 PCm = [ RL π π 4 π π RL
9-功率放大电路
OTL电路：单电源供电，低频特性差。 Uom (VCC
2) U CES 2
OCL电路：双电源供电，低频特性好。Uom
VCC
UCES 2
BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。
U om
VCC 2UCES 2
集成功率放大电路
种类：OTL、OCL、BTL 电路结构：双极型电路、双极型与单极型混合电路（VMOS管广泛应用）
T2、T5的极限参数：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。
3. D1短路； 影响消除交越失真 4. D1断路； 功放管将烧坏 5. T1集电极开路。 输出波形正负半周不对称
功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！
晶体管的工作方式
1. 甲类方式
晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
2. 乙类方式
晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态
3. 甲乙类方式
晶体管在信号的多半个周期处于导通状态
4. 为了获得更大的输出功率和更高的效率，还有丙类、丁类功放
功率放大电路的种类
1. 变压器耦合功率放大电路：传统功放，应用至今 2. OTL 电路 (Output Trasfomerless)：无变压器，有大电容 3. OCL电路 (Output Capacitorless)：无大电容，但双电源供电 4. BTL 电路( Balanced Transformerless)：单电源供电，管子多
只有C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路，uo ≈ ui 。 OTL电路低频特性差。 若要低频特性好，则需改变耦合方式：阻容耦合→直接耦合。
OCL电路(Output Capacitorless) 和BTL 电路( Balanced Transformerless)
模拟电子技术答案 第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路自测题一、选择合适的答案填入括号内。
(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可获得的最大( A )。
A.交流功率B.直流功率C.平均功率(2)功率放大电路的转换效率是指( B )。
A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比；B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比；C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比。
(3) 在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有( BDE )。
A ．βB ．I CMC ．I CBOD ．U CEOE ．P CMF ．f T(4) 若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为CES U ，则最大输出功率P OM =( C )。
A.2()2CC CES LV U R - B.21()2CC CES L V U R - C.21()22CC CES L V U R -图T9.1 图T9.2二、电路如图T9.2 所示，已知T l 和T 2的饱和管压降2CES U V =，直流功耗可忽略不计。
回答下列问题：(1)R 3、R 4 和T 3的作用是什么？(2)负载上可能获得的最大输出功率P om 和电路的转换效率η各为多少？(3)设最大输入电压的有效值为1V 。
为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V ，电阻R 6至少应取多少千欧？解：(1)消除交越失真。
(2)最大输出功率和效率分别为：2()162CC CES omLV U P W R -==, 69.8%4CC CES CC V U V πη-=⋅≈ (3)由题意知，电压放大倍数为：61111.3u R A R =+≥== ∴61(11.31)10.3R R k ≥-=Ω习题9.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。
(1)在功率放大电路中，输出功率越大，功放管的功耗越大。
( × )(2)功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。
第9章 功率放大电路
出波形不可避免地产生一定的非线性失真。在实际的功率放大
电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。 4、分析估算采用图解法 由于功放中的晶体管工作在大信号状态，因此分析电路时， 不能用微变等效电路分析方法，可采用图解法对其输出功率和 效率等指标作粗略估算。
第9章 功率放大电路
5、功放中晶体管的保护及散热问题
•按照放大信号的频率，分为低频功放和高频功放。前者用于 放大音频范围（几十赫兹到几十千赫兹）的信号，后者用于放 大射频范围（几百千赫兹到几十兆赫兹）的信号。本课程仅介 绍低频功放。
第9章 功率放大电路
四、提高输出功率的方法
1. 提高电源电压 2. 改善器件的散热条件 普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗 散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则 输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片
第9章 功率放大电路
二、变压器耦合功率放大电路
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC
，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
RL (
N1 2 ) RL N2
则可作出交流负载线
第9章 功率放大电路
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
I CQ VCC 1 P0 m I CQVCC 2 2 2
即三角形QAB的面积 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 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
第9章 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。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替 导通 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“推 挽”工作方式。 图9.1.3变压器耦合乙类推挽功率放大电路
第09章放大电路基础及分析
168169新授课 ）传感器（麦克风），将声音转换成相应的电压信号。
）放大器，将麦克风输出的微弱电压信号放大到所需要的值。
）再生器（扬声器），将放大后的电信号还原成声音。
）电源，提供放大器工作所需要的直流电压。
．什么是放大电路同时满足以下两个条件的电路：）输出信号的功率大于输入信号的功率。
）输出信号波形与输入信号波形相同（不失真）。
用框图表示：输入端：加入需要放大的信号。
输出端：得到放大的输出信号。
组成：一个放大电路必须含有晶体管（或电子管）这样的器件，同时还包含电阻、电感、变压器等元器件。
．放大器的分类）按放大器的频率高低分⎪⎩⎪⎨⎧高频放大器低频放大器直流放大器）按被放大信号的类型分⎪⎩⎪⎨⎧功率放大器电压放大器电流放大器170（a ）双电源供电；（b ）单电源供电；（c ）是（b ）图的习惯画法（不画出集电极电源）。
各元器件的作用： ① 晶体管V ：工作在放大状态，起电流、电压放大作用。
② 基极偏置电阻b R ：它使电源U E 给晶体管提供一个合适的基极电流B I （又称偏流），保证晶体管工作在合适的状态。
取值范围在几十千欧到几百千欧。
③ 集电极负载电阻c R ：作用是把晶体管的电流放大转换为电压放大。
它的取值范围一般在几千到几十千欧。
④ 耦合电容1C 和2C ：起隔直流通交流的作用。
交流信号从1C 输入经过放大从2C 输出，同时1C 把晶体管的输入端与信号源之间，2C 把输出端和负载之间的直流通路隔断。
一般选用电解电容，使用时注意极性的区分。
⑤ 集电极电源U E ：作用一是给晶体管一个合适的工作状态（保证发射结正偏，集电结反偏），二是为放大电路提供能源。
2．静态工作点的建立171这时晶体管的直流电压：CE BE U U 、和对应的直流电流B I 、C I 统称为静态工作点CEQ Q BE U U 、、BQ I 、CQ I 。
如上图（b ）所示是放大电路的直流通路，由于耦合电容的作用，直流只在直流通路内流动，所以将耦合电容1C 、2C 看作断路的部分去掉，剩下的即为直流通路。
第九章 功率放大电路
时, 允许的最大功耗 Pcm 仅为1W,加了120mm×120 mm×4 mm的
散热片后, 其Pcm可达到10 W。 在实际功率放大电路中,为了 提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。
第9章 功率放大电路
9.1.4 提高效率的方法
第9章 功率放大电路
9.2 互补对称功率放大电路
9.2.1 双电源互补对称电路 (OCL电路)
第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器
第9章 功率放大电路
9.1 低频功率放大电路概述
实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、 电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大 电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要 用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。
第9章 功率放大电路
2. 效率要高 放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。在输出 功率比较大时，效率问题尤为突出。如果功率放大电路的效 率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能 将转换为热量，使管子、元件等温度升高而损毁。为定量反
映放大电路效率的高低，定义放大电路的效率为 η,
Po 100% PE
9.1.1 分类
•按晶体管导通时间不同，可分为甲类、乙类、甲乙类等
iC O O O iB iB iC iC iC iC iC
t
O O
iB O iB
t
O O
iB O iB
t
t t
(a) 甲类 (b) 乙类
图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图
功率放大电路
i
＋VCC
Ｔ ic1 １
u
o
ui > 0V ui 0V
Ｔ ic2
－
R
L
２
VCC
T1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。
当输入信号处于正半周时，且 幅度远大于三极管的开启电压，此 时NPN型三极管导电，有电流通过 负载RL，按图中方向由上到下，与 假设正方向相同。 当输入信号为负半周时，且幅度远 大于三极管的开启电压，此时PNP型三 极管导电，有电流通过负 载RL，按图中 方向由下到上，与假设正方向相反。于 是两个三极管一个正半周，一个负半周 轮流导电，在负载上将正半周和负半周 合成在一起，得到一个完整的不失真波 形。
二、复合管互补功率放大电路
1、复合管 (P123) 推动管
IB IC1
输出管
IC
IC2
IE1 =IB2
IE
I C I C 1 I C 2 1 I B 1 2 I B 2 1 I B 1 2 I E 1
1 I B 1 2 ( 1 1 ) I B 1 ( 1 2 1 2 ) I B 1 1 2 I B1
• 静态功率大，效率低
9.3 乙类功率放大器
一、电路组成
+Vcc
RB C1
+ Rs us c + b e RE T + C2 + uo R L _
+
-
ui _
+Vcc
RB + ui EB
c
b
e RE
T + uo R L _ +Vcc
功率放大电路
一、实验任务： 实验任务： 设计带阻滤波器，阻隔 设计带阻滤波器，阻隔50HZ的交流电 的交流电 二、实验要求： 实验要求： 通带： 为 通带：A为50dB 阻带宽度为： 阻带宽度为：BW=100HZ 准备工作：设计电路，并进行电路参数的计算。 准备工作：设计电路，并进行电路参数的计算。
集电极电阻R 的功率损耗为： 集电极电阻 C的功率损耗为：
PRC = U RC I CQ
晶体管集电极耗散功率为： 晶体管集电极耗散功率为：
PT = U CEQ I CQ
I CQ
U CEQ
集电极电阻R 的功率损耗为： 集电极电阻 C的功率损耗为：PRC = (VCC − U CEQ ) I CQ
结论： 结论：电路在静态时也消耗功率
例题1： 例题 ： VCC = 15V
输入电压为正弦波，晶体管的饱和压降为 ， 输入电压为正弦波，晶体管的饱和压降为3V，电压放大 倍数约为1， 倍数约为 ，负载电阻
RL = 4Ω
1、负载上可能获得的最大功率和效率； 、负载上可能获得的最大功率和效率 解：（1） ：（ ）
(VCC −UCES )2 1 (15 − 3)2 Pom = = = 18W 2RL 2 4
桥式推挽功率放大电路（ 桥式推挽功率放大电路（BTL） ）
①是双端输入、双端输 是双端输入、 出形式，输入信号、 出形式，输入信号、负 载电阻均无接地点。 载电阻均无接地点。 管子多，损耗大， ②管子多，损耗大，使 效率低。 效率低。
+
−
−
+
静态： 静态： 管子均截止 u 0 = 0 输入电压的正半周：＋ 输入电压的正半周：＋VCC→ T1 → RL→ T4→地 ：＋ 地 输入电压的负半周：＋ 输入电压的负半周：＋VCC→ T2 → RL→ T3→地 ：＋ 地
模电阎石第五版第九章功率放大电路
4. 无输出电容的功率放大电路(OCL)
电路的结构特点：
1. 由NPN型、PNP型三极 管构成两个对称的射极 输出器对接而成。 2. 双电源供电。
图9.1.5 OCL电路
3. 输入输出端不加隔直电 容。
4. 无输出电容的功率放大电路(OCL)
静态时，UEQ＝ UBQ＝0。
＋
输入电压的正半周： ＋VCC→T1→RL→地 输入电压的负半周： 地→RL →T2 → －VCC
1. 输出功率尽可能大:即在电源电压一定的情况下，最
大不失真输出电压最大。
2. 效率尽可能高: 即电路损耗的直流功率尽可能小，静
态时功放管的集电极电流近似为0。
9.1.2 功率放大电路的组成 二、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路
图9.1.1 小功率共射放大电路
输出功率和效率的图解分析
静态时，直流电源提供的功率为 I CQVCC ABCO的面积 2 Rc ICQ (VCC UCEQ ) QBCD的面积 集电极Rc上的功率为 ICQ
如何解决效率低的问题？
办法:去掉Rc，降低Q点。
缺点:但又会引起截止失真。
输出功率和效率的图解分析
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。
9.1.2 功率放大电路的组成 三、晶体管的工作方式
1. 甲类方式：晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
管子的导通角为360 管耗大，效率低,不会产生交越失真。
3. 无输出变压器的功率放大电路(OTL)
因变压器耦合功放的缺点：体积庞大，笨重，故选 用无输出变压器的功率放大电路（简称OTL电路）。
用一个大容量电容取代 了变压器。 T1为NPN型管， T2为PNP型管， 它们的特性对称。
场效应管功率放大电路
场效应管功率放大电路
嘿，朋友们！今天咱来聊聊场效应管功率放大电路。
这玩意儿啊，就像是电路世界里的大力士，能把小信号变得超级强大呢！
你想想看，信号就像一个小不点，弱弱地走着，这时候场效应管功率放大电路一出现，嘿，直接就给它来个超级变身，让它变得强大有力，能驱动那些大喇叭啥的发出响亮的声音。
场效应管啊，它可神奇了。
就好像是一个特别会控制力量的高手，能精准地调节信号的大小。
它可以让信号乖乖听话，该大的时候大，该小的时候小。
这可不是随便什么元件都能做到的哦！
咱再说说功率放大这部分，这就好比是给信号吃了大力丸一样。
让原本微弱的信号一下子变得生龙活虎，充满了能量。
这可太重要啦，没有它，那些音响啊、喇叭啊怎么能发出震撼人心的声音呢？
比如说，你在听音乐的时候，那美妙的旋律是怎么来的呀？就是靠场效应管功率放大电路在背后默默地努力工作呀！它把那些小小的音乐信号变得强大无比，然后通过喇叭播放出来，让我们能享受到动听的音乐。
而且哦，场效应管功率放大电路还特别稳定可靠。
它就像一个忠诚的卫士，一直坚守岗位，不会轻易出问题。
这多让人放心啊！
你看那些专业的音响设备，里面肯定都有它的身影。
它就像是幕后英雄，虽然我们看不到它，但它的作用可大了去了。
要是没有场效应管功率放大电路，那我们的生活得少多少乐趣啊！想想看，没有震撼的音乐，没有响亮的声音，那多无趣啊！所以说啊，我们真得好好感谢这个神奇的电路呢！
总之，场效应管功率放大电路就是这么厉害，这么重要！它在电子世界里发挥着不可或缺的作用，让我们的生活变得更加丰富多彩！
原创不易，请尊重原创，谢谢!。
第9章 功率放大电路 习题解答
第9章自测题、习题解答自测题9一、功率放大器和电压放大器没有本质区别，但也有其特殊问题，试简述功率放大器的特点。
解：功率放大电路与电压放大电路本质上没有区别，功率放大电路既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的不失真的信号功率，功率放大器的特点：1.输出功率要大 2.转换效率要高 3.非线性失真要小。
二、分析下列说法是否正确，凡对者在括号内打“√”，凡错者在括号内打“×”。
（1）在功率放大电路中，输出功率愈大，功放管的功耗愈大。
（）（2）功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。
（）（3）功率放大器为了正常工作需要在功率管上装置散热片，功率管的散热片接触面是粗糙些好。
（）（4）当OCL电路的最大输出功率为1W时，功放管的集电极最大耗散功率应大于1W。
（）（5）乙类推挽电路只可能存在交越失真，而不可能产生饱和或截止失真。
（）（6）功率放大电路，除要求其输出功率要大外，还要求功率损耗小，电源利用率高。
（）（7）乙类功放和甲类功放电路一样，输入信号愈大，失真愈严重，输入信号小时，不产生失真。
（）（8）在功率放大电路中，电路的输出功率要大和非线性失真要小是对矛盾。
（）（9）功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的共同点是1）都使输出电压大于输入电压；（）2）都使输出电流大于输入电流；（）3）都使输出功率大于信号源提供的输入功率。
（）（10）功率放大电路与电压放大电路的区别是1）前者比后者电源电压高；（）2）前者比后者电压放大倍数数值大；（）3）前者比后者效率高；（）4）在电源电压相同的情况下，前者比后者的最大不失真输出电压大；（）（11）功率放大电路与电流放大电路的区别是1）前者比后者电流放大倍数大；（）2）前者比后者效率高；（）解：⑴×，当输出电压峰值为0.6Vcc时，功放管的管耗最大约为最大输出功率的五分之一。
功率放大器电路图及其原理
一、O PA300放大电路OPA300放大电路功能说明：通过设定电阻R4=3R3 来设定该放大器的放大倍数为四倍，即Vout=(1+Rf / R) Vin ，将VCA810的输出信号放大到能满足检波需要的信号。
二、高栅负压的电子管功放电路图下图中R3既是前级的直流负载电阻。
又是给后级提供栅负压的偏值电阻。
它适用于栅负压较高的功率管制作的功放电路。
电路比较简单。
电路中两个竹子的灯丝接地端。
应接在各自阴极电阻的下端。
同样要求电源变压器有两个灯丝绕组，功率级与前级的灯丝分别供电。
电路是用6Pl做的实验，虽然栅负压较低，但工作很正常，说明电路是成功的。
同样要注意的是：一定要在插上前级管子后再开电源，否则不能加电。
三、推挽式功率放大级的正偏压电路此电路用EL34管。
在两只功放管阴极电路中串入一只50Ω左右的线绕电位器或半可变线绕电阻，中点接地即可。
调整电位器W使两管的阴极电压平衡、对称，再放音就会有出色的表现。
正偏压的方式也可以用在ABI类自给偏压的推挽式功率放大级中。
四、AD8656双运放芯片组成的接收放大电路使用AD8656双运放芯片组成接收放大电路。
该运放适合+2.7～+5.5 V电源电压供电，是具有低噪声性能的精密双运算放大器。
AD8656型CMOS放大器在满共模电压(VCM)范围内提供250 mV精密失调电压最大值，且在10 kHz处提供低电压噪声谱密度和0.008%的低真，无需外部三极管增益级或多个并行的放大器以减小系统噪声。
通过干电池提供3V单电源供电，接收放大电路如图2所示。
放大电路由AD8656进行两级放大，抵消线圈所感应到的信号电压幅值因距离的增加而产生的衰减，放大所接收到的微弱信号，增加无线传输距离。
系统接收电路经D8656放大后的输出电压输至单片机进行A/D转换，对数据进行编解码，而未采用检波解调电路，可有效简化电路结构。
五、高频信号放大电路的性能比较分析一、高频管(UHF)9018fTl00(MHz)的信号放大电路电视高频头输出的第一中频信号和音频信号通过高频管9018放大后也确有显效。
功率放大电路例题分析
3、Pomax=？
Po max
1 2
U
2 omax
RL
1
（ VCC
U
）2
CES
2
RL
1 （18 2）2
8W
2 16
4、电路旳效率η
Po
Pv
Pv
2U omVCC
RL
21816 11.5W
16
8 70%
11.5
9
5、交越失真旳消除
出现交越失真是因为 T1、T2管静态工作点 设置不合理。 可调整R3， 使其阻值增大，即可 消除交越失真。
6
解：
1、 T1、T2旳β=？时， RL有最大输出电流ILmax？
T1、T2管β旳大小取 决于运放输出电流Io和 负载RL上旳电流IL。
I Lmax
VCC
UCES RL
18 2 1A 16
运放最大输出电流Iom=25mA，故
ILmax 1000 40
I om
25
7
VCC=18V UCES=2V
5
例2
运放驱动OCL功放电路
已知VCC=18V， 运放最大输出电流
Iom=25mA， T1、T2管饱和压降 UCES=2V。
1、 T1、T2管旳β=？时，RL上有最大输出电流ILmax？ 2、为有最大不失真Uom，输入信号旳幅度Uim=？ 3出端uo出现交越失真，应怎样调整？
注意：
R3过大，易造成T1、 T2过流直至烧毁。
10
求Po=？ 6、当RL=16Ω， Pomax=10W，设UCES=0V，求VCC=？
2
解：
1、标明T1~T4旳类型 T1、T3NPN管，复合为 NPN型；
T2、T4PNP管，复合为 PNP型。 2、静态时输出电压Uo=？
模拟CMOS集成电路设计(拉扎维)第九章运算放大器
合理安排元件的位置，使它们在版图上相对集中， 以减小连线误差和寄生效应。
方向匹配
确保同一类型的元件具有相同的旋转方向，以减 小失配误差。
防止噪声干扰
01
02
03
隔离噪声源
将噪声源与敏感电路隔离， 以减小噪声干扰。
滤波器设计
在版图中加入适当的滤波 器，以减小信号中的噪声 成分。
接地措施
合理接地，减小地线阻抗 和电位差，以减小噪声干 扰。
在数字电路中的应用
模拟数字转换器（ADC）
运算放大器在ADC中用于放大模拟信号并将其转换为数字信 号。
数字模拟转换器（DAC）
运算放大器在DAC中用于将数字信号转换为模拟信号，实现 数字控制和调节。
在信号处理中的应用
信号调理
运算放大器用于信号的放大、缩小、隔离和缓冲，以适应后续的 信号处理或测量设备。
模拟cmos集成电路设计(拉扎维)第九章
运算放大器
$number {01}
目 录
• 运算放大器概述 • 运算放大器的基本结构和工作原
理 • 运算放大器的应用 • 运算放大器的设计流程 • 运算放大器的版图设计技巧 • 运算放大器的实际应用案例分析
01
运算放大器概述
定义与功能
定义
运算放大器是一种具有高放大倍数、 高输入电阻和低输出电阻的直接耦合 放大电路，通常由两个晶体管组成。
运算放大器的主要参数
增益
01 运算放大器的放大倍数，通常
用开环增益表示。
带宽
02 运算放大器能够处理的信号频
率范围，通常用单位Hz表示。
输入电阻
03 运算放大器的输入端电阻，通
常用MΩ表示。
输出电阻
实验九 互补对称功率放大电路
实验九互补对称功率放大电路
一、实验目的
1、了解功率放大电路的交越失真现象。
2、熟悉功率放大电路的工作原理及特点。
二、实验原理
功率放大电路如图9.1。
功率放大电路中的三极管具有甲类、乙类、甲乙类三种工作状态。
实际互补对称功率放大器中的三极管工作在甲乙类状态, 适当的调节功率放大器中的RP电阻, 就可以改变功率放大器的静态工作点, 以减小功
率放大器的交越失真。
图9.1互补对称功率放大器
三、实验内容及步骤
1.调整直流工作点, 使M点电压为 Vcc。
2.测量最大不失真输出功率与效率。
3、改变电源电压（例如由+12V变为+6V）, 测量并比较输出功率和效率。
4. 比较放大器在带
5.1K和8Ω负载（扬声器）时的功耗和效率。
5.根据实验内容自拟实验步骤及记录表格。
四、实验报告要求
1.根据实验内容自拟实验步骤及记录表格。
2、分析实验结果, 计算实验内容要求的参数。
3. 总结功率放大电路特点及测量方法。
五、实验仪器
1.数字毫伏表1台
2.示波器1台
3.模拟电路实验装置1台。
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V
R
L
＝POm＝•VCC －UCES
PV 4 VCC
9.2.3 OCL电路中晶体管的选择
一、最大管压降
UCEmax=2VCC
二、集电极最大电流
I ＝I
V－U CC
CES1
Cmax Emax
R
L
三、集电极最大功耗
ui
I
＝
V CC
Cmax
R+
L
ui
RR1
D1 D2 R2 V5R3
+VCC T1
RL
+ uo
工作时: T1和T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输 入之间双向跟随。
图9.1.5 OCL电路 不同类型的二只晶体管交替工作，且均组成射极输出形式的电路称为“互补”电路；二只管子的这种 交替工作方式称为“互补”工作方式。
五、桥式推挽功率放大电路 Balanced Transformerless（BTL电路） 单电源供电，四只管子特性对称 静态时，四只晶体管均截止，输出电压为零。
工作时： T1和T2轮流导通，电路为射极跟随状态。
OTL工作在乙类工作状态， 会出现交越失真。
如何消除？
图9.1.4 OTL电路 动画avi\17-4.avi
四、无输出电容的功率放大电路 Output Capacitorless（OCL电路）
双电源供电,T1和T2特性对称 静态时: T1和T2均截止，输出电压为零。
白
9.1 功率放大电路概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。
功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情 况下，输出尽可能大的功率。
功放电路的要求：
Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高 失真要小
9.1.1 功率放大电路的特点 一、主要技术指标 1.最大输出功率Pom 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为Po＝IoUo。
晶体管集电极电流最大时接近ICM 晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO 晶体管耗散功率最大时接近PCM 选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片 和各种保护措施。 三、功率放大电路的分析方法 采用图解法
9.1.2 功率放大电路的组成 一、为什么共射放大电路不宜用作功率放大电路 1.无输入信号作用时 直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形ABCO的面积。
T2
VCC
PT＝ 21 0uCiECdt21 0(VCCUOM si nt)U ROM si ntdt L
＝ 1（ VU－ U ） CC OM
2 OM
如何求PT的最大功率？
R 4
L
令 dTP0，可以 U＝ 求 2•V 得 0.6 ， V
dU
OM
CC
CC
OM
P
2
＝VCC
0.2P
R Tmax 2
2.当引脚1和8之间外接电阻R时
A
2R 7
u R R //R
5
6
3.当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时
A
2R 7
200
uR
5
4.在引脚1和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数
A
2(R 7
//R)
u R R
5
6
电压放大倍数可以调节，
调节范围为20~200。
三、LM386引脚图 9.4.2 集成功率放大电路的主要性能指标（略）
电阻R7从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与R5和R6构成反馈网络，引入深度电压串联负反馈。
二、LM386的电压放大倍数 1.当引脚1和8之间开路时
Uf=UR5+UR6≈Ui/2
•
•
FU• f UO
R5R5R6R6R7 2U U•iO
•
Au U U •O2(1R5R 7R6)R5 2 R7R6 20 i
集电极电流iC将严重失 真。
三、无输出变压器的功率电路Output Transformerless （OTL电路）
用一个大容量电容取代了变压器(电容：几百~几千微法的电解电容器） 单电源供电。T1和T2特性对称 静态时：前级电路应使基极电位为VCC/2，发射结电位 为VCC/2 ，故电容上的电压也VCC/2。
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC ，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
R
(
N 1
)2
R
LN
L
2
则可作出交流负载线
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
P
I C
QVCC1I
V
0m
2 2 2 CQCC
即三角形QAB的面积
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 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
P ＝U2Om＝82 16W R Om 4
L
+VCC T1
RL
+
uo
T2
VCC
9.4 集成功率放大电路 OTL、OCL和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可 成为实用电路。
掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。
9.4.1 集成功率放大电路分析
0m
L
晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。
在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数
BUCEO＞2VCC ICM＞VCC/RL PCM＞0.2Pom
[例9.2.1] 在图9.2.2所示电路中已知VCC ＝15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES ＝3V， 电压放大倍数约为1，负载电阻RL ＝4欧，
T1 微导通 截止 微导通。
二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电 路工作在甲乙类状态。
图9.2.3 T1和T2 管在ui作用下输入特性中的图解 分析
9.2.2 OCL电路的输出功率及效率 当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析 图中I区为T1管的输出特性，II区为T2管的输 出特性；
P (ICQ )2R1I (I R)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0m
2 2 L
CQ CQL
即图中三角形QDE的面积
图9.1.1输出功率和效率的图解分析
负载电阻RL上所获得的功率PO仅为P/Om的一部分。
共射放大电路输出功率小，效率低（25℅） ，不宜作功放。
二、变压器耦合功率放大电路 传统的功放为变压器耦合式电路
变压器原边线圈电阻可忽略不计， 直流负载线 垂直于横轴且过 (VCC ，0)。
二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴 上。
最大输出电压幅值
Uop = VCC – UCES
最大不失真输出电压的有效值
U ＝VCC－UCES
Om
2
图9.2.4 OCL电路的图解分析 动画avi\17-1.avi
最大输出功率
P＝U2Om＝ （VCC －UCE） S2
R Om
2R
L
L
电源VCC提供的电流
诗
白
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 电路有什么区别？
2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？
第
3.晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？ 晶体管的耗散功率最大时，电路的输
三
出功率是最大吗？
版
童
诗
白
4.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？
复习：
1.功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率
2.功放电路的分类： 甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类 变压器耦合、OTL、OCL和BTL
3.OCL功放的性能指标：
Uop = VCC – UCES
U ＝VCC－UCES
Om
2
P＝U2Om＝ （VCC －UCE） S2
R Om
2R
L
L
P＝2VC（ C VCC－UCE） S
LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少 和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。
一、LM386内部电路 第一级差分放大电路（双入单出）
第二级共射放大电路（恒流源作有源 负载）
第三级OTL功放电路 输出端应外接输出电容后再接负载。
图9.4.1 LM386内部电路原理图
最大输出功率是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率
2.转换效率 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值 及电压之积。 3.最大输出电压Uom
二、功率放大电路中的晶体管 在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。
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。
变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替导通
同类型管子在电路中交替导通的方式称为 “推挽”工作方式。
图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路
（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率
RR1
（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的
最大功率为多少。
D1
ui
D2
解（1）
P＝ U2Om＝ （ V C－ C UCE ） 2S1W 8
R2
R Om
2R
L
L
＝ POm＝•VC－ C UCES 0.62u+i 8
V5R3
P4 V