电子技术基础-功率放大器
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
在输入信号的一个周期内，两只三极管轮流交替工作，共 同完成对输入信号的放大工作，最后输出波形在负载上合成得 到完整的正弦波。
4.3.3 参数的计算
1．输出功率
2．效率
理想情况下效率为78.5％。
3．管耗 每只三极管的管耗
Pcm = 0.4Pom
4.3.4 复合管
在大功率输出时，要获得特性很接近的NPN型和PNP型大 功率三极管是很困难的，因而一般采用复合管。
2．效率
理想情况下效率为78.5％。
3．管耗 每只三极管的管耗
Pcm = 0.4Pom
4.3 单电源互补对称功率放大器
双电源互补对称功率放大器电路简单，效率高，但它需要 两个电源来供电，既不经济又不方便。为此将电路略加改进， 省去一个电源，构成单电源互补对称功率放大电路。
4.3.1 电路结构
单电源互补对称功率放大器（也叫做OTL电路）的原理图 如图4.4所示。
4.6 技能训练：集成功率放大器的安装与测试
p学习目标 Ø 进一步了解功率放大器的特点和应用。 Ø 了解集成功放（TDA2030）的工作原理及其特性。
Ø 进一步熟练掌握仪器仪表的使用方法。 Ø 掌握功放的性能参数主要指标的测量方法。
情景模拟
日常生活中常用的家用电器，如电视机、收音机、音响等 都将用到功率放大器，但出现如图4.9所示问题时，该如何检测 呢？本节将学习该电路一些参数的测试方法。
4.2.2 工作原理
输入为正半周时，NPN型三极管处于正偏导通状态，PNP 型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic1通过负载，负载上 有正半周输出；输入为负半周时，PNP型三极管处于正偏导通 状态，NPN型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic2通过负 载，负载上有负半周输出。
可见在输入信号的一个周期内，两只三极管轮流交替的工 作，共同完成对输入信号的放大工作，最后输出波形在负载上 合成得到完整的正弦波。
两只三极管的特性是对称的，其中VT1是NPN型三极管， VT2是PNP型三极管。
两只三极管工作在乙类状态，在输出端与负载之间串联一 只容量足够大的电容器，它可等效为一个恒压源，在该电路中 充当电源。
图4.4 单电源互补对称功率放大器原理图
4.3.2 工作原理
无输入信号时，调基极电压，使输出耦合电容两端电压为 电源电压的一半。
4.4.2 DG4100功放集成电路的典型应用
DG4100集成功率放大器如图4.7所示，其各引脚功能介绍 如下。
图4.7 DG4100集成功率放大器
Ø 1脚：输出端。使用时该端要外接一个大电容和负载电阻，
以构成OTL功率放大器。
Ø 2脚、3脚：使用时这两个引脚接通，作为公共接地端。 Ø 4脚、5脚：补偿端。使用时需外接51pF的补偿电容。 Ø 6脚：差动输入级的一个输入端。使用时在该脚与地之间接
图4.9 实验情景模拟示意图
p基础知识
集成功放实验电路原理图如图4.10所示。
图4.10 集成功放实验原理图
Biblioteka Baidu
通路，使交流信号不受反馈的影响。
推动放大管VT2与OTL功放管VT3、VT4是直接耦合的。R6接 在输出中点电压上，起着深度的负反馈作用，使电路能够稳定 的工作。调节电阻器R8的大小，可以改变OTL功放管VT3、VT4 的静态工作电流；而二极管VD有一定的温度补偿作用，保证电 路的工作稳定。
C6是输出隔直流电容，也为三极管VT4的工作提供了一个工 作电源，它的容量越大越好。C7为电源滤波电容。
选择合适的负载，使它与功率放大电路的输出电阻相匹配， 以保证功放管的集电极电流和电压的幅度有尽可能大的动态范 围，从而获得足够大的输出功率。
2．功率放大电路的效率要高
输出功率大，消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大， 所以要考虑转换效率。显然，功率放大电路的效率越高越好。
3．电路散热要好
功率放大电路中的三极管消耗功率会使自身温度升高，为 使功率放大电路既能输出较大的功率又不因温度过高而损坏三 极管，必须加散热片。
图4.1 功率放大电路的工作状态
Ø 甲类：静态工作点在负载线的中点，Q选在三极管的放大区，
如图4.1的Q。甲类工作状态非线性失真小，但静态电流ICQ较 大，故损耗大，效率低。
Ø 乙类：静态工作点选在放大区和截止区的交界处，如图4.1中
的Q'。此时若输入正弦信号，那么电路的输出只有正弦波的
半个周期。乙类工作状态静态电流ICQ＝0，故损耗低，效率 高，但非线性失真严重。
图4.3 交越失真波形
p注意
为克服交越失真所加的直流偏置不能 过强，因为如果直流偏置过强，将会使功 放管工作在甲类状态，那么在交越失真被 消除的同时，乙类功率放大器效率高的优 点也就不存在了。
知识拓展 ——用二极管提供的偏置消除交越失真
消除交越失真的方法，上面已经提到给功放管加一个微弱 的直流偏置。
复合管的电流放大系数 近似为VT1、VT2的 值之积，即 ≈1· 2
4.4 集成功率放大器
目前功率放大器（简称功放）广泛采用集成功率放大器。 集成功率放大器是指用一块集成电路完成功率放大的全部功能 的集成电路。它具有体积小、功耗低、设计简便、外观电路简 单、应用方便、维修调试容易、可靠性高、性能稳定等优点。
把两个或两个以上三极管的电极适当地连接起来，组成一 个复合管。
复合管有两种连接方式：由两只同类型的三极管构成，如 图4.5（a）、（b）所示；由两只不同类型的三极管构成，如图 4.5（c）、（d）所示。
（a）
（b）
（c）
（d）
图4.5 复合管
p注意
1．复合管的类型取决于第一只三极管的类型。
2．要把两只三极管接成复合管，必须保证每只三极管各极电流 都能顺着各个三极管的正常方向流动。
Ø 甲乙类：静态工作点位于甲类和乙类之间，如图4.1中的Q″。
4.2 双电源互补对称功率放大器 4.2.1 电路结构
双电源互补对称功率放大器（也叫做OCL电路）的原理图 如图4.2所示。
两只三极管的特性是对称的，其中VT1是NPN型三极管， VT2是PNP型三极管。两只三极管工作在乙类状态。
图4.2 双电源互补对称功率放大器原理图
陈振源褚丽歆 主编 张连飞陈春霞副主编
第4章 功率放大器
本章首先介绍功率放大器的特点和分类，然后介绍OCL、 OTL电路的构成及工作原理，最后介绍常用集成功率放大器的 引脚排列及应用电路。
知识目标
Ø了解低频功率放大器的工作任务、基本要求及电路类型。 Ø了解互补对称功率放大器的分类、工作原理及参数计算。 Ø掌握复合管的连接方法。 Ø了解常用集成功率放大器的引脚排列及应用电路。
小。
C2、C3为音频耦合电容，C8是为滤除杂波防止啸叫而设置的。 三极管VT1与R3、R4组成了一个典型的电压并联负反馈电路，用于 构成输入放大级。
三极管VT2是推动放大管，R5、R6为三极管VT2提供了一个 稳定的工作点，R7为VT2发射极反馈电阻，进一步保证了电路静 态工作点的稳定；C5是VT2发射极旁路电容，为交流信号提供了
它除了能完成功率放大外，还包括过压保护、过流保护、 短路保护等保护环节。
集成功率放大器种类很多，可分为通用型和专用型两大类。 通用型是指可用于多种场合的电路，专用型是指用于某种特定 场合的电路。下面以 DG4100 为例说明低频集成功率放大器的 基本原理和使用的一般原则。
4.4.1 DG4100功放集成电路的方框图
4.2.3 交越失真
1．交越失真及其产生原因 从上面讨论的工作原理可见，乙类功率放大器，由于没有直
流偏置，三极管工作在输入特性曲线的底部。而两只三极管轮流 交替工作的结果在负载上合成时，将会在正、负半周交界处出现 波形的失真，这种现象称为交越失真，如图4.3所示。 2．消除交越失真的方法
给功放管加一个微弱的直流偏置，使功放管工作在甲乙类状 态。
技能目标
Ø能装接和调整低频功率放大器。 Ø能正确识读常用集成功率放大器的引脚。
多级放大器的末级要将电压放大电路送来的信号进行功率 放大，它必须输出足够大的功率，去推动负载工作。这种以输 出功率为主要目的放大电路，叫做功率放大电路。
4.1 低频功率放大器的特点及分类
4.1.1 功率放大电路的特点
由于功率放大电路主要是提供输出功率，而且输出功率比 较大，所以与前面介绍的电路相比具有以下的特点。 1．功率放大电路的输出功率要大
加偏置的方法可在两只三极管基极之间串入电阻器，也可 接入二极管，利用二极管提供偏置，其效果更好。因为二极管 的动态电阻很小，输入到三极管VT1、VT2基极的交流信号基本 相等。而电阻器的接入对信号会产生衰减作用，于是送到两只 三极管基极的信号可能不相等，会造成失真。
4.2.4 参数的计算
1．输出功率 理想情况下，饱和压降忽略，即UCES=0，则输出功率为
DG4100集成功率放大器由3部分组成，如图4.6所示。
图4.6 DG4100功放集成电路的方框图
差分输入级由差动放大器组成，该电路可以减少直接耦合 造成的直流工作点的不稳定。
中间放大级要求有高的电压放大倍数，所以由共射电路构 成，它为输出级提供足够大的信号电压。
输出级要驱动负载，所以要求其输出电阻小，输出电压幅 度高，输出功率大，因此采用互补对称功率放大器。
输入为正半周时，NPN型三极管处于正偏导通状态，PNP 型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic1自电源经VT1为电容 C充电，再通过负载，负载上有正半周输出；输入为负半周时， PNP型三极管处于正偏导通状态，NPN型三极管处于反偏截止 状态，电容C通过VT2和负载放电，负载上有负半周输出。
p归纳
入一个由RF、C3组成的网络，构成深度负反馈。
Ø 9脚：信号输入端。
Ø 10脚：纹波旁路端。使用时可根据需要接入旁路电容。 Ø 12脚：去耦端。可接去耦电容。 Ø 13脚：自举端。使用时，在该端与1脚之间接入自举电容，
以使该电容具有自举功能。
Ø 14脚：电源端。使用时，该端接电源正极，并需外接一只滤
波电容。
4.5 实例综合分析 — 手提式扩音器 4.5.1 电路原理图
手提式扩音器的电路原理图如图4.8所示。
图4.8 手提式扩音器的电路原理图
4.5.2 电路原理简介
在手提式扩音器电路中，BM是小型驻极体话筒，R1为驻极体 话筒提供了一个工作电压。R2和C1为滤波退耦电路，能避免自激， 保证电路的稳定工作。RP为音量电位器，可以调节话筒的声音大
4．非线性失真要小
输出信号不仅电压幅值大，电流幅值也大。信号幅值大， 则容易产生失真。所以我们讨论的交流功率是指在输入为正弦 波，输出波形基本不失真时定义的。
4.1.2 功率放大电路的分类
从电路形式来看，功率放大器有变压器耦合和无变压器耦 合两类。本小节只介绍无变压器耦合。
从三极管的工作状态来看，功率放大电路可以分为甲类、 乙类、甲乙类等，如图4.1所示。
4.3.3 参数的计算
1．输出功率
2．效率
理想情况下效率为78.5％。
3．管耗 每只三极管的管耗
Pcm = 0.4Pom
4.3.4 复合管
在大功率输出时，要获得特性很接近的NPN型和PNP型大 功率三极管是很困难的，因而一般采用复合管。
2．效率
理想情况下效率为78.5％。
3．管耗 每只三极管的管耗
Pcm = 0.4Pom
4.3 单电源互补对称功率放大器
双电源互补对称功率放大器电路简单，效率高，但它需要 两个电源来供电，既不经济又不方便。为此将电路略加改进， 省去一个电源，构成单电源互补对称功率放大电路。
4.3.1 电路结构
单电源互补对称功率放大器（也叫做OTL电路）的原理图 如图4.4所示。
4.6 技能训练：集成功率放大器的安装与测试
p学习目标 Ø 进一步了解功率放大器的特点和应用。 Ø 了解集成功放（TDA2030）的工作原理及其特性。
Ø 进一步熟练掌握仪器仪表的使用方法。 Ø 掌握功放的性能参数主要指标的测量方法。
情景模拟
日常生活中常用的家用电器，如电视机、收音机、音响等 都将用到功率放大器，但出现如图4.9所示问题时，该如何检测 呢？本节将学习该电路一些参数的测试方法。
4.2.2 工作原理
输入为正半周时，NPN型三极管处于正偏导通状态，PNP 型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic1通过负载，负载上 有正半周输出；输入为负半周时，PNP型三极管处于正偏导通 状态，NPN型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic2通过负 载，负载上有负半周输出。
可见在输入信号的一个周期内，两只三极管轮流交替的工 作，共同完成对输入信号的放大工作，最后输出波形在负载上 合成得到完整的正弦波。
两只三极管的特性是对称的，其中VT1是NPN型三极管， VT2是PNP型三极管。
两只三极管工作在乙类状态，在输出端与负载之间串联一 只容量足够大的电容器，它可等效为一个恒压源，在该电路中 充当电源。
图4.4 单电源互补对称功率放大器原理图
4.3.2 工作原理
无输入信号时，调基极电压，使输出耦合电容两端电压为 电源电压的一半。
4.4.2 DG4100功放集成电路的典型应用
DG4100集成功率放大器如图4.7所示，其各引脚功能介绍 如下。
图4.7 DG4100集成功率放大器
Ø 1脚：输出端。使用时该端要外接一个大电容和负载电阻，
以构成OTL功率放大器。
Ø 2脚、3脚：使用时这两个引脚接通，作为公共接地端。 Ø 4脚、5脚：补偿端。使用时需外接51pF的补偿电容。 Ø 6脚：差动输入级的一个输入端。使用时在该脚与地之间接
图4.9 实验情景模拟示意图
p基础知识
集成功放实验电路原理图如图4.10所示。
图4.10 集成功放实验原理图
Biblioteka Baidu
通路，使交流信号不受反馈的影响。
推动放大管VT2与OTL功放管VT3、VT4是直接耦合的。R6接 在输出中点电压上，起着深度的负反馈作用，使电路能够稳定 的工作。调节电阻器R8的大小，可以改变OTL功放管VT3、VT4 的静态工作电流；而二极管VD有一定的温度补偿作用，保证电 路的工作稳定。
C6是输出隔直流电容，也为三极管VT4的工作提供了一个工 作电源，它的容量越大越好。C7为电源滤波电容。
选择合适的负载，使它与功率放大电路的输出电阻相匹配， 以保证功放管的集电极电流和电压的幅度有尽可能大的动态范 围，从而获得足够大的输出功率。
2．功率放大电路的效率要高
输出功率大，消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大， 所以要考虑转换效率。显然，功率放大电路的效率越高越好。
3．电路散热要好
功率放大电路中的三极管消耗功率会使自身温度升高，为 使功率放大电路既能输出较大的功率又不因温度过高而损坏三 极管，必须加散热片。
图4.1 功率放大电路的工作状态
Ø 甲类：静态工作点在负载线的中点，Q选在三极管的放大区，
如图4.1的Q。甲类工作状态非线性失真小，但静态电流ICQ较 大，故损耗大，效率低。
Ø 乙类：静态工作点选在放大区和截止区的交界处，如图4.1中
的Q'。此时若输入正弦信号，那么电路的输出只有正弦波的
半个周期。乙类工作状态静态电流ICQ＝0，故损耗低，效率 高，但非线性失真严重。
图4.3 交越失真波形
p注意
为克服交越失真所加的直流偏置不能 过强，因为如果直流偏置过强，将会使功 放管工作在甲类状态，那么在交越失真被 消除的同时，乙类功率放大器效率高的优 点也就不存在了。
知识拓展 ——用二极管提供的偏置消除交越失真
消除交越失真的方法，上面已经提到给功放管加一个微弱 的直流偏置。
复合管的电流放大系数 近似为VT1、VT2的 值之积，即 ≈1· 2
4.4 集成功率放大器
目前功率放大器（简称功放）广泛采用集成功率放大器。 集成功率放大器是指用一块集成电路完成功率放大的全部功能 的集成电路。它具有体积小、功耗低、设计简便、外观电路简 单、应用方便、维修调试容易、可靠性高、性能稳定等优点。
把两个或两个以上三极管的电极适当地连接起来，组成一 个复合管。
复合管有两种连接方式：由两只同类型的三极管构成，如 图4.5（a）、（b）所示；由两只不同类型的三极管构成，如图 4.5（c）、（d）所示。
（a）
（b）
（c）
（d）
图4.5 复合管
p注意
1．复合管的类型取决于第一只三极管的类型。
2．要把两只三极管接成复合管，必须保证每只三极管各极电流 都能顺着各个三极管的正常方向流动。
Ø 甲乙类：静态工作点位于甲类和乙类之间，如图4.1中的Q″。
4.2 双电源互补对称功率放大器 4.2.1 电路结构
双电源互补对称功率放大器（也叫做OCL电路）的原理图 如图4.2所示。
两只三极管的特性是对称的，其中VT1是NPN型三极管， VT2是PNP型三极管。两只三极管工作在乙类状态。
图4.2 双电源互补对称功率放大器原理图
陈振源褚丽歆 主编 张连飞陈春霞副主编
第4章 功率放大器
本章首先介绍功率放大器的特点和分类，然后介绍OCL、 OTL电路的构成及工作原理，最后介绍常用集成功率放大器的 引脚排列及应用电路。
知识目标
Ø了解低频功率放大器的工作任务、基本要求及电路类型。 Ø了解互补对称功率放大器的分类、工作原理及参数计算。 Ø掌握复合管的连接方法。 Ø了解常用集成功率放大器的引脚排列及应用电路。
小。
C2、C3为音频耦合电容，C8是为滤除杂波防止啸叫而设置的。 三极管VT1与R3、R4组成了一个典型的电压并联负反馈电路，用于 构成输入放大级。
三极管VT2是推动放大管，R5、R6为三极管VT2提供了一个 稳定的工作点，R7为VT2发射极反馈电阻，进一步保证了电路静 态工作点的稳定；C5是VT2发射极旁路电容，为交流信号提供了
它除了能完成功率放大外，还包括过压保护、过流保护、 短路保护等保护环节。
集成功率放大器种类很多，可分为通用型和专用型两大类。 通用型是指可用于多种场合的电路，专用型是指用于某种特定 场合的电路。下面以 DG4100 为例说明低频集成功率放大器的 基本原理和使用的一般原则。
4.4.1 DG4100功放集成电路的方框图
4.2.3 交越失真
1．交越失真及其产生原因 从上面讨论的工作原理可见，乙类功率放大器，由于没有直
流偏置，三极管工作在输入特性曲线的底部。而两只三极管轮流 交替工作的结果在负载上合成时，将会在正、负半周交界处出现 波形的失真，这种现象称为交越失真，如图4.3所示。 2．消除交越失真的方法
给功放管加一个微弱的直流偏置，使功放管工作在甲乙类状 态。
技能目标
Ø能装接和调整低频功率放大器。 Ø能正确识读常用集成功率放大器的引脚。
多级放大器的末级要将电压放大电路送来的信号进行功率 放大，它必须输出足够大的功率，去推动负载工作。这种以输 出功率为主要目的放大电路，叫做功率放大电路。
4.1 低频功率放大器的特点及分类
4.1.1 功率放大电路的特点
由于功率放大电路主要是提供输出功率，而且输出功率比 较大，所以与前面介绍的电路相比具有以下的特点。 1．功率放大电路的输出功率要大
加偏置的方法可在两只三极管基极之间串入电阻器，也可 接入二极管，利用二极管提供偏置，其效果更好。因为二极管 的动态电阻很小，输入到三极管VT1、VT2基极的交流信号基本 相等。而电阻器的接入对信号会产生衰减作用，于是送到两只 三极管基极的信号可能不相等，会造成失真。
4.2.4 参数的计算
1．输出功率 理想情况下，饱和压降忽略，即UCES=0，则输出功率为
DG4100集成功率放大器由3部分组成，如图4.6所示。
图4.6 DG4100功放集成电路的方框图
差分输入级由差动放大器组成，该电路可以减少直接耦合 造成的直流工作点的不稳定。
中间放大级要求有高的电压放大倍数，所以由共射电路构 成，它为输出级提供足够大的信号电压。
输出级要驱动负载，所以要求其输出电阻小，输出电压幅 度高，输出功率大，因此采用互补对称功率放大器。
输入为正半周时，NPN型三极管处于正偏导通状态，PNP 型三极管处于反偏截止状态，集电极电流ic1自电源经VT1为电容 C充电，再通过负载，负载上有正半周输出；输入为负半周时， PNP型三极管处于正偏导通状态，NPN型三极管处于反偏截止 状态，电容C通过VT2和负载放电，负载上有负半周输出。
p归纳
入一个由RF、C3组成的网络，构成深度负反馈。
Ø 9脚：信号输入端。
Ø 10脚：纹波旁路端。使用时可根据需要接入旁路电容。 Ø 12脚：去耦端。可接去耦电容。 Ø 13脚：自举端。使用时，在该端与1脚之间接入自举电容，
以使该电容具有自举功能。
Ø 14脚：电源端。使用时，该端接电源正极，并需外接一只滤
波电容。
4.5 实例综合分析 — 手提式扩音器 4.5.1 电路原理图
手提式扩音器的电路原理图如图4.8所示。
图4.8 手提式扩音器的电路原理图
4.5.2 电路原理简介
在手提式扩音器电路中，BM是小型驻极体话筒，R1为驻极体 话筒提供了一个工作电压。R2和C1为滤波退耦电路，能避免自激， 保证电路的稳定工作。RP为音量电位器，可以调节话筒的声音大
4．非线性失真要小
输出信号不仅电压幅值大，电流幅值也大。信号幅值大， 则容易产生失真。所以我们讨论的交流功率是指在输入为正弦 波，输出波形基本不失真时定义的。
4.1.2 功率放大电路的分类
从电路形式来看，功率放大器有变压器耦合和无变压器耦 合两类。本小节只介绍无变压器耦合。
从三极管的工作状态来看，功率放大电路可以分为甲类、 乙类、甲乙类等，如图4.1所示。