电工电子技术简明教程第8章

项目 8 集成功放及其应用
(4 ) R 3 、 R 5 是泄放电阻,给小功率管的穿透电流提 供回路,以免使之流入大功率管, 可以提高复合管的温度稳定性;
(5 ) R 4 是 VT 2 、 VT 4 管的平衡电阻,可保证 VT 2 、 VT 4 管的输入电阻对称;
(6 ) R 6 、 R 7 是阻值很小的电阻,具有负反馈作用,以提 高电路的工作稳定性,同时还具有过流保护作用。
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8. 1 功率放大电路 8. 2 集成功率放大器及其典型应用 实训任务 集成功率放大器的制作 练习题
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知识目标 (1 )学习功率放大器的基本知识,掌握功率放大器的技术
指标。 (2 )熟悉集成功率放大器的特点。 (3 )掌握不同功率集成功率放大器的典型应用。
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8. 2. 4 “傻瓜”型集成功放模块 近几年来,市场上出现了一种号称为“傻瓜功放”的集
成功放,这是一个功能电路模块,其内部电路与 OTL 或 OCL 电路大体相同。
图 8－14 ( a )为 1006 型“傻瓜功放”的内部电路框图, 可以看到,它也是由前置级、驱动级和互补推挽输出级组成, 另外还成在一块基片上,然后加以封装,模块的外部只需 接上音源、扬声器和电源,不需要进行复杂的调试就能令人 满意地工作,是一种使用方便、性能良好的通用型集成功放 模块。
项目 8 集成功放及其应用 用 LM1875 集成功率放大器可以构成 OTL 电路,如图 8
－12 所示。还可以构成 OCL电路,如图 8－13 所示。
图 8－12 用 LM1875 集成功放构成 OTL 电路
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图 8 －13 用 LM1875 集成功放构成 OCL 电路
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图 8－2 三种类型的功放其三极管的集电极电流波形
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甲类功放电路的优点是失真波形小,缺点是静态工作点 电流大,管耗大,放大电路效率低,它主要用于小功率放大电路 中。乙类和甲乙类放大电路的优点是管耗小,放大电路效率 高,故在功率放大电路中得到广泛应用。在实际电路中,均采 用两管轮流导通的推挽电路来减小失真和增大输出功率。
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3 ) OTL 互补对称式功率放大电路 图 8－7 为典型的 OTL 互补对称功率放大电路。 OTL (没有输出变压器)互补对称功率放大电路与变压器 耦合功率放大电路及 OCL 功率放大电路相比,其主要特点是: ① 没有输出变压器; ② 只用一路直流电源 V CC ; ③ 用电 容 C 代 替 了 OCL 电 路 中 负 电 源 的作用。
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(2 )效率:放大电路提供给负载的功率是由直流电源提供 的。放大电路的效率定义为放大电路输出给负载的功率与直 流电源所提供的功率之比,即
当直流电源所提供的功率一定时,为了向负载提供尽可 能大的信号功率,则必须减少功率放大电路自身的损耗。
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(3 )管耗:功放电路中直流电源提供的功率除了供给负载 外,其他部分主要被功率管所消耗,这部分功率称为管耗:
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图 8－5 是一个 OCL 甲乙类互补对称功率放大电路。在 图中的 R 、 VD1 、 VD 2 加在VT 1 、 VT 2 两管的基极之间, 以供给 VT1、 VT 2 一定的偏压。在工程估算中,由于静态电 流较小,所以这种电路仍可以用乙类互补对称电路的有关公 式来估算电路的输出功率和效率等性能指标。
技能目标 (1 )会用万用表对集成功率放大器进行正确测量,并对其
质量作出评价。 (2 )会按照电路图连接集成功率放大器的应用电路。 (3 )会对集成功率放大器的应用电路进行调试。
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8. 1 功率放大电路
8. 1. 1 功率放大电路的任务及功率晶体管的特点 电压放大电路均属小信号放大电路,它们主要用于增强
(4 )非线性失真:由于在功率放大电路中,三极管的工作点 在大范围内变动,输出波形的非线性失真比小信号放大电路 要严重得多。在实际的功率放大电路中,应根据负载的要求 来规定允许的信号失真范围。
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3. 使用功率晶体管需要注意的问题 功率管的作用是把直流电源的能量按照输入信号的变化 规律传送给负载。电路工作在大信号情况下,功率管的管耗 较大,必须考虑其散热问题。又由于功率管处于大电流、高 电压状态,故需考虑其安全和保护问题。
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8. 2 集成功率放大器及其典型应用
集成功率放大器除具有一般集成电路的特点外,还具有 温度稳定性好、电源利用率高、功耗低、非线性失真小等优 点。有时还将各种保护电路如过流保护、过压保护、过热保 护等电路集成在芯片内部,使集成功率放大器的使用更加安 全可靠。
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8. 2. 1 小功率通用型集成功放——— LM386 LM386 是目前应用较广的一种小功率通用型集成功率
放大电路,其特点是电源电压范围宽(4~16V )、功耗低(常温 下是 660mW )、频带宽( 300kH )。此外,电路的外接元件少,
应用时不必加散热片,广泛应用于收音机、对讲机、双 电源转换、方波和正弦波发生器等。图 8－9 ( a )为 LM386 的内部电路图,图 8－9 ( b )为其管脚排列图。此管采用 8 脚 双列直插式塑料封装,管脚 1 和 8 之间外接阻容电路可改变 集成功放的电压放大倍数( 20~200 ),当 1 脚和 8 脚间开路时 电压放大倍数为 20 , 1 和 8 脚间短路时,电压放大倍数为 200 。
线上,在输入信号的一个周期内,管子只在半个周期内有电流 流过,显然,乙类放大电路需要两个管子分别对信号的正负半 周进行放大,才能完成对信号的放大。
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甲乙类功放的三极管其静态工作点在靠近截止线的放大 区内,在信号的一个周期内,管子有半个多周期内有电流流过, 显然,甲乙类放大电路也需要两个管子才能完成对信号的放 大。这三种类型的功放其三极管的集电极电流如图 8－2 所 示。
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TDA2616 / Q 的最大输出功率为 15W ,失真度不大于 0. 2% 。 TDA2616 / Q 既可以采用单电源供电,也可采用双电源 供电,这是它的一个特点,非常方便使用。采用单电源供电时 的应用电路如图 8－10 ( b )所示,这时电路构成了 OTL 电路; 采用双电源供电时的应用电路如图 8－10 (c )所示,这时电路 构成了 OCL 电路。当然两种形式的电路其输出功率是不同 的。
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图 8－8 由复合管组成的甲乙类互补对称功率放大电路
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各元器件的作用如下: (1 ) VT 1 、 R B1 、 R B2 、 R E 组成前置电压放大级, R B1 接至 E 点,构成电压并联负反馈,并且是交、直流负反馈, 既改善了电路的信念,又用来稳定电路的静态工作点; (2 ) VT 2 、 VT 3 两管组成 NPN 型复合管, VT 4 、 VT 5 两管组成 PNP 型复合管。由于VT 3 、 VT 5 为同一类型的大 功率管,使电路有较好的对称性; (3 ) R 2、 D 1 、 D 2 、 D 3 构成输出级的小正偏电路,用 来消除交越失真;
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2. 按功放电路中输出信号与负载的耦合方式分类 1 )变压器耦合功率放大电路 传统的功率放大电路常常采用变压器耦合方式的功率放 大电路。图 8－3 所示为一个典型的变压器耦合功率放大电 路的原理图及工作波形图。
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图 8－3 变压器耦合(乙类推挽)功率放大电路
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8. 1. 2 功率放大电路的类型 1. 按照功放管静态工作点分类 功率放大电路按照功放管静态工作点的不同,可分为甲
类、乙类和甲乙类,在高频功放中还有丙类和丁类之分。 甲类功放的三极管其静态工作点在放大区的中间,所以
在输入信号的整个周期内,管子中都有电流流过。 乙类功放的三极管其静态工作点在放大区与截止区的交
信号的电压或电流的幅度。实际上,很多电子设备的输出要 带动一定的负载,如驱动扬声器,使之发出声音;驱动电表,使 其指针偏转;控制电机工作等,这就要求放大电路要向负载提 供足够大的信号功率。能输出信号功率足够大的电路就是功 率放大电路,简称功放。
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1. 功率放大电路的任务 电子设备中的放大器一般由前置放大器和功率放大器组 成,其组成框图如图 8－1 所示。前置放大器的主要任务是不 失真地提高输入信号的电压或电流的幅度,而功率放大器的 任务是在信号失真允许的范围内,尽可能输出足够大的信号 功率,即:不但要输出大的信号电压,还要输出大的信号电流, 以满足负载正常工作的要求。
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由于 OTL 互补对称功率放大电路的 VT 1 、 VT 2 两管 实际工作电压仅为 V CC / 2 ,故其指标的估算与 OCL 不尽相 同。 OTL 电路与 OCL 电路性能指标估算结果的比较如表8 －1所示。
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4 )采用复合管的功放电路 如图 8－8 是由复合管组成的甲乙类互补对称功率放大 电路。由于组成复合管的大功率管是同种类型的管子,但组 成的复合管却是两种类型,所以由复合管组成的功放电路又 称为“准互补对称电路”,这种电路解决了两种不同类型的 大功率管不好配对的问题。
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图 8－5 OCL 甲乙类互补对称功率放大电路
项目 8 集成功放及其应用 在 OCL 甲乙类互补对称功率放大电路中常用的偏置电
路还有 U BE 扩大电路,如图 8－6所示。只要调节电路中的电 阻 R 1 和 R 2 的比值便可满足电路中对偏置电压的需要。
图 8－6 U BE 扩大电路
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图 8－1 放大器组成方框图
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2. 功率放大电路的主要技术指标 (1 )输出功率:功放电路根据负载要求向负载提供的有用 信号功率。 一般对功率放大器都用最大输出功率来衡量它的放大能 力。最大输出功率是指在输入信号为正弦波时,电路的输出 波形不超过规定的非线性失真指标时,放大器的最大输出电 压和最大输出电流有效值的乘积,即
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图 8－10 TDA2616 / Q —中功率集成功放及其典型应用
项目 8 集成功放及其应用 8. 2. 3 大功率集成功放——— LM1875
LM1875 的外形和引脚如图 8－11 所示。 LM1875 的额 定输出功率为 30W 。
图 8－11 LM1875 的外形和引脚图
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2 ) OCL 互补对称式功率放大电路 图 8－4 ( a )是一个 OCL 乙类互补对称功率放大电路,它 采用正、负双电源供电, VT 1 、VT 2 为两个特性相同的异型 三极管。
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图 8－4 OCL 乙类互补对称功率放大电路
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图 8－9 LM386 集成功率放大电路
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8. 2. 2 中功率集成功率放大电路——— TDA2616 / Q TDA2616 / Q 是 PHILIPS 公司生产的具有静噪功能的
12 W 双声道高保真功率放大器,主要用于对音频信号的放大, 多用在立体声录音机中。 TDA2616 / Q 采用 9 脚单列直插 式封装,各引脚功能见图 8－10 ( a )所示。其中 2 脚为静音控 制端,当该脚接低 电平时,TDA2616 / Q 处于静音状态,输出端 停止输出; 2 脚接高电平时, TDA2616 / Q 处于工作状态。