第04章 功率放大器及其应用

5G37的典型应用电路
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第 4 章
功率放大器及其应用
用两块5G37可以 接成BTL形式的 电路，解决低电 压工作时输出功 率不足的问题。
用5G37接成的BTL电路
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第 4 章
功率放大器及其应用
4.2 功率放大器的应用
主要要求：
1.了解功放实际应用中问题的解决方法 2.了解实际功放电路的组成
uR2
所以
uBE4 iR1 R2 R2 R1
R2 uBE4 (1 ) R1
uB1B2 uR1 uR2
调节R2可以方便地调节两功放管的静态电流， 这种电路又叫“uBE扩大电路”。
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第 4 章
功率放大器及其应用
2.单电源互补对称功放（OTL） 用单电源供电显然更加方便，这种电路也称为OTL（无输出 变压器）电路。 输出电容C不 但起到隔直通 交作用，而且 利用其储能特 性能够在负半 周信号输入时 提供VT2管放 大的工作偏压。
1 故PV 2
而iC I C I cm sin t I CQ I cm sin t
1 PV 2

2
0
U CC iC d (t )

2
0
U CC ( I CQ I cm sin t )d (t ) U CC I CQ
U cemI cm 则电路效率为 m 2U CC I CQ
功率放大器的基本特点 1.输出功率足够大 2.效率尽可能高
放大器实质都是将电源的直流功率转化为负载输出的交变功率， 转换效率是其重要性能指标，效率高、损耗小才是理想的功放。
3.非线性失真尽可能小 4.散热须良好
消耗的那部分功率以热能形式散发。
5.分析应用图解法，微变等效电路法不适用
功放的工作于大信号输入状态，无法使用小信号的微变等效方法。
功放工作在甲类状态时电源供给功率与输出信号电流iC无关。即无论有无 信号输入输出，电源供给功率是固定的。 2018年9月10日星期一
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第 4 章
功率放大器及其应用
管耗即功放管消耗的功率，主要发生在发射极上，称为集电 极耗散功率PT。
1 2 PT uCE iC d (t ) 2 0 式中，uCE、iC为总瞬时值， uCE UCEQ Ucem sin t
iC n2 RL uo iC RL
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第 4 章
功率放大器及其应用
交流负载线斜率-1/n2RL，交横轴于 2UCC，交纵轴于2ICQ。此时输出功 率最大，为
1 1 Pom U cem I cm U CC I CQ 2 2
此时效率也最大，为
U CC I CQ U cemI cm 1 m 50% 2U CC I CQ 2U CC I CQ 2
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N1 2 式中RL R n RL N L 2
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第 4 章
直流电源供给功率为
功率放大器及其应用
可见，电源供给的功率随输入、输出信号的大小自动调节，显 然效率要高于甲类功放。则电路在最大输出功率时的效率为 1 U I Pom 2 cem cm U cem m 78.5% 2 PV 4 U CC 4 U I
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第 4 章
功率放大器及其应用
2脚为信号输入端，R1、 R2是偏置电阻，调节R1可 改变输出（6脚）的直流 电位，使其值为UCC/2。 消振电容C3接于3、4脚之 间，用于防止高频自激。 脚1接的R3、C2串联支路 与5G37内部的反馈电阻共 同构成交流电压串联负反 馈，改变R3的值可以调节 放大器的增益。
1 2 1 PV U CC (iC1 iC2 )d (t ) 0 2 2 U CC I cm


0
U CC iC1d (t )
U CC



0
I cm sin td (t )

CC cm
推挽式功放效率比甲类单管功放高了很多。以上功放都是变 压器耦合式功放，具有体积大、不易集成，频率窄，有功率 损耗，易产生自激等缺点，无输出变压器功放才是发展趋势。
互补的、参数 对称的对管。
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第 4 章
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1.电路组成与工作原理
当输入正弦信号时，正半周信号使VT1导通、VT2 截止，负载上输出半个正弦波；负半周信号使VT1 截止、VT2导通，负载上输出另半个正弦波。
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第 4 章
功率放大器及其应用
以上推倒过程均为理想状况下，故而可见甲类功放最高效率 只有50%，一般变压器也存在损耗，以及管子饱和压降、Re 上的压降等原因，实际效率还低得多。
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第 4 章
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4.1.2
推挽功率放大器
欲提高功放效率，一是增加放大电路的动态范围以增加输出 功率，二是减小电源供给功率，即是要求在UCC一定条件下减 少静态电流ICQ，此时通常采用乙类或甲乙类推挽功放。 为了防止降低单管 Q点位置可能出现 削波失真，需要 NPN与PNP两个对 管交替的放大，一 推一拉，输出信号 由两管输出信号拼 接而成，故名推挽 式功放。
输出断路测量时， Pom为三角 形ABQ的 面积
U cem I cm 1 Pom U cemI cm 2 2 2
Ucem表示最大不失真的集电极－ 发射极正弦电压幅值，Icm表示 集电极正弦电流的幅值。
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第 4 章
功率放大器及其应用
效率是功放的重要参数，是指负载得到的信号功率和电源供 给的功率比值的百分数，即η＝Pom/PV，其中PV为直流电源提 供的功率，为
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第 4 章
2.输出功率、效率的估算
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在忽略静态电流IC、饱和压降 UCES和穿透电流ICEO条件下，可 将理想对管按乙类估算，且只分 析一个管子的情况就可以了。
U cem U CC 由于U cem U CC，I cm RL RL
则最大输出功率为 2 2 1 1 U cem 1 U CC Pom U cemI cm 2 2 RL 2 RL UCES≈0，可 以忽略。
乙类
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此时，U cem
U CC
2
甲乙类
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第 4 章
功率放大器及其应用
3.复合管互补对称功放 使用复合管可以进一步增强放大效果。复合管仍等效成互补 对称的对管，而末级对管为同一类型的更易选配，此种电路 称为准互补对称电路。
等效 NPN管
等效 NPN管
等效 PNP管 互补对称OCL
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第 4 章
功率放大器及其应用
4.1.3
互补对称功率放大器
互补对称功放是一种典型的无输出变压器式功放。其利用特 性对称的NPN和PNP的对管交替工作、互相补充，一般工作 在甲乙类状态，效率接近乙类功放的78.5%。 1.甲乙类互补对称功放（OCL） 与变压器耦合的乙类推挽功放一样，由 于晶体管输入特性死区问题，互补对称 电路在乙类状态下也有交越失真。 VT3为前置级，静态势其集电极电位 UC3=0V。利用VT3集电极电流在VD1、 VD2上的压降，为VT1与VT2提供一个 合适的正向偏压，使其工作于甲乙类 状态，克服交越失真。 克服交 越失真
第 4 章
功率放大器及其应用
第 4 章
功率放大器及其应用
功率放大器 功率放大器的应用
本章小结
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第 4 章
功率放大器及其应用
功率放大器简称功放，是一种向负载提供功率的 放大器。一般多级放大器总要带动一定的负载， 如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出 一定的功率，因而一般多级放大器最后一级都要 设置为功率放大器。
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等效 PNP管
准互补对称OTL
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第 4 章
功率放大器及其应用
最大不失真 输出功率 2~3W，适 应工作电压 14~20V， 负载4~16Ω， 可作为普通 音频功放应 用于收音机、 录音机、电 视机中。
4.1.4
集成功率放大器
单片音频功放5G37
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第 4 章
1.阻容耦合放大器
功率放大器及其应用
三极管T的静态工作点位置必须居中， 即工作于甲类放大状态，只有这样才 能保证输出的电流、电压在线性放大 区有最大摆动幅度，才输出最大不失 真功率。
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第 4 章
A
功率放大器及其应用
功放的最大不失真输出功率是指 在正弦信号输入下，失真不超过 额定要求时，电路输出最大信号 功率，用最大输出电压有效值和 最大输出电流的乘积表示。
20μ A
虚线是更为理想 的交Leabharlann Baidu负载线
PV UCC I CQ 12V 20mA 240mW
Pom 1.6mW m 100% 0.67% PV 240mW
P － 1.6mW＝98.4mW T U CEQ I CQ P om 5V 20mA
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上述推挽功放中对管工作于甲乙类状态，而不是乙类状态， 这是为了减少“交越失真”。 由于乙类状态中，三极 管静态Q点在截止点， 没有基极偏流，而管子 的输入特性有一段死区， 且特性开始部分非线性 比较严重，在两管交替 工作时则有图（a）所示 的交越失真现象。 为了减少交越失真，可使对管工作点稍高于截止点，即在两管 的发射结加上很小的正偏压，各管都有一个很小的静态电流IC， 放大器工作于甲乙类状态，而不会对效率有很大影响。
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互补对 称对管
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一种更为常见的可以设置静态工作电 流的互补对称功放电路。VT1、VT2基 极间电压为
uB1B2 U B1 U B2 uCE4 uR1 uR2 uR1 uBE4 0.7V
当满足iR1 iR2 iB4时，有
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第 4 章
功率放大器及其应用
4.1.1
甲类功率放大器
按照功放管的静态工作点位置不同，其工作状态可以 分为甲类、乙类和甲乙类放大等形式。
导通角2π Q点在放大区 正中央
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导通角π Q点在放大区 与截止区临界
导通角π～2π Q点在放大区 但接近截至区
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第 4 章
例4.1.1
功率放大器及其应用
电路如下，UCC＝12V，RL为一只8Ω的扬声器， 求最大不失真输出功率、效率及功耗。
[解 ]
静态工作点为
I CQ 20mA，UCEQ 5V
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Q点
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第 4 章
功率放大器及其应用
交流负载线上可知，最 大不失真的Icm=20mA， Ucem=0.16V，故有 1 Pom U cemI cm 2 1 0.16V 20mA 2 1.6mW
多级放大器 OUT
差分放大器
功率放大器，提供 较强输出功率（电 流）以驱动负载
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第 4 章
功率放大器及其应用
4.1 功率放大器
主要要求：
1.掌握功率放大器的分类 2.了解功率放大器的工作原理 3.了解功率放大器的基本参数及应用
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第 4 章
功率放大器及其应用
iC I CQ I cm sin t
1 PT 2

2
0
(U CEQ U cem sin t )( I CQ I cm sin t )d (t )
1 U CEQ I CQ U cemI cm 此式说明电源供给功率由输出信号功率 和管耗两部分组成，未加输入信号时管 2 耗最大达到UCEQICQ，有信号输入则管 U CEQ I CQ Pom 耗减小，减小的部分就是输出功率Pom。
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第 4 章
功率放大器及其应用
2.变压器耦合单管功率放大器 利用变压器的阻抗变换作用，可 将负载电阻RL换算到变压器一次 侧，对于理想变压器来说
n2 RL，式中n N1 / N2为变压器的变比。 RL
Transformer
可以利用上式把交流负载电阻变换成 所需数值。变压器的一次绕组直流电 阻很小，Re电阻很小，故直流负载线 几乎是竖直的，交横轴uCE于UCC点。 可见其交流通路中，有