第9章 功率放大电路

（2） iLmax
VCC U CES 1.53 A R4 RL
（3） Pom
2 U om 9.35W RL
RL π VCC U CES 64% 4 VCC R4 +RL
iC将严重失真
三、无输出变压器的功率电路（OTL电路）
静态时： T1、T2均截止，uO为0； 工作时：
T1和T2轮流导通，电路为射 极跟随状态。
OTL电路工作在乙类工作状 态，会出现交越失真。
四、无输出电容的功率放大电路 （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。 工作时: T1和T2交替导通，正、负 电源交替供电，输出与输入之间 双向跟随。
－VCC
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 （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： 当 ui>0时 ，T1和T4导通， T2和T3 截止，负载上获得正半周 电压；
1.输入级：T1～T4组成双入单出差放电路，T5、T6组成有源负载；
2.中间级：T7构成共射放大电路，恒流源作为有源负载；
3.输出级：T8～T10构成准互补输出级，D1、D2用于消除交越失真； 4.反馈网络：R5～R7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
引脚1和8之间外接电阻R时：
Pom
(VCC U CES )2 16W 2 RL
VCC 18V
(2)若VCC为20V，求ICmax、 UCEmax、PTmax。
I C max 2 Pom / RL 2 A
UOM I C max RL 16V
UCE max VCC UOM 36V
（1）
Pom
(VCC U CES )2 2 RL 4VCC
24.5W

（2）
(VCC U CES )
69.8%
PT max
（3）
2 VCC 2 6.4W RL
U i U om
VCC U CES 2
9.9V
9.3 功率放大电路的安全运行
三防：防过压、防过流、防过功耗。
对于晶体管：
T TjM Ta PCM RT
T jM Ta RT
减小RT可增大PCM
因此： PCM
二、热阻的估算
Rcs Rsa Rca
RT R jc Rcs Rsa
三、功放管的散热器
小功率管散热器
大功率管散热器
9.4 集成功率放大电路
9.4.1 集成功率放大电路分析 一、LM386内部电路
9.3.1 功放管的二次击穿
控制c－e间电压，避免一次击穿，并限制集电极电流，即可 避免二次击穿。
9.3.2 功放管的散热问题
晶体管功耗PT增大 → PN节温度Tj升高 硅管Tj为120～180℃，锗管Tj为85℃左右。
一、热阻的概念
传递电位功率时所产生的温差，称为热阻RT，单位为℃/W。
T P RT
当 ui<0时 ，T2和T3导通， T1和T4 截止，负载上获得负半周 电压。
9.2 互补功率放大电路
以OCL电路为例进行分析。
9.2.1 OCL电路的组成及工作原理
一、电路组成
若b-e间开启电压为Uon，则当：
ui U on
时，T1、T2均处于截止状态，输出 电压产生交越失真。
－VCC
二、消除交越失真的OCL电路的工作原理
【练习】在如图所示电路中，已 知VCC＝15V，T1和T2管的饱和管
压降│UCES│＝2V，输入电压足够 大。求解：
（1）最大不失真输出电压的有 效值； （2）负载电阻RL上电流的最大 值； （3）最大输出功率Pom和效率η。
解： （1）
U om
(VCC UCES ) 2
RL 8.65V R4 RL
主要性能指标
最 大 输 出 功 率
电 源 电 压 范 围
电 源 静 态 电 流
电 压 增 益
频 带 宽 度
输 入 阻 抗
输 入 偏 置 电 流
总 谐 波 失 真
9.4.3 集成功率放大电路的应用
一、集成OTL电路的应用
1.LM386外接元件最少的用法
引脚1和8开 路，Au为20；最 大不失真输出电 压峰－峰值约为 VCC，因此：
Pom
U om 8V
2 U om 16W RL
【例题】 在图中所示电路中负载所需最大功率为16W，负载电阻 为8Ω，｜UCES ｜ ＝2V。试问
(1)电源电压至少应取多少伏？
(2)若电源电压取20V，则晶 体管的最大集电极电流、最大管 压降和集电极最大功耗各为多少？
(1)电源电压至少应取多少伏？
静态时：
U B1、B 2 U R 2 U D1 U D 2
调节R2，使UE为0，此时T1、T2 均处于微导通状态。 工作时： 当uI>0且增大时，uBE1、uBE2增 大，且当uBE2>Uon2时T2截止； 当uI<0且增大时，uBE1、uBE2减 小，且当uBE1<Uon1时T1截止；
Pom I CQ ( Rc // RL ) PV 2VCC
二、变压器耦合功率放大电路
1. 单管变压器耦合功率放大电路
N1 电路等效负载电阻为： RL RL N2
2
电路等效负载电阻为：
N1 RL RL N2
调节N1/N2，使交流负载线与横轴
VCC－U CES U om＝ 2
最大输出功率为：
2 U om (VCC U CES )2 Pom＝ RL 2 RL VCC U CES 电源VCC提供电流为： ic＝ sin t RL 2VCC (VCC U CES ) 1 电源VCC提供功率为： PV = ic VCC d t 0 RL
PT max
2 VCC 2 5W RL
【 练习】在如图所示电路中，已知VCC＝16V，RL＝4Ω，T1和T2
管的饱和管压降｜UCES｜＝2V，输入电压足够大。试问：
（1）最大输出功率Pom和 效率η为多少？ （2）晶体管的最大功耗 PTmax为多少？ （3）为了使输出功率达到 Pom，输入电压的有效值约 为多少？
Pom
VCC / 2 2 ( ) 2 VCC 2 RL 8 RL
U im
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VCC / 2 2 Au
2.LM386电压增益最大的用法
C3使引脚1和8之间交流短路，此时Au为200； Pom大小不变，Uim变为原来的1/10。
3.LM386的一般用法
引脚1和5之间连接电阻R2改变了电路的电压增益。
三、功率放大电路的分析方法
电路中输出信号幅值较大，非线性失真不可忽略，应采用图 解法进行分析。
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
静态时电源功率为：PV I CQVCC
2 Rc上损耗的功率为：PRc I CQ Rc
集电极耗散功率为： c I CQUCEQ P
效率为：
Pom (VCC U CES ) = = PV 4VCC
理想情况下UCES可忽略不计，则：
2 CC 2 CC
V Pom = 2 RL
2V PV RL
=

4
78.5%
大功率管的UCES为2～3V，一般情况下不能忽略。
9.2.3 OCL电路中晶体管的选择
一、最大管压降
1 PT 2


0
uCE iC dt
2 1 VCCU OM U OM ( ) RL 4
因此：
2 VCC 2 2 2 Pom RL
dPT 2 令 0 得到 UOM VCC PT max dU OM
【例题】 在图中所示电路中，已知VCC＝15V，输入电压为正弦波， ｜UCES ｜ ＝3V，电压放大倍数约为1，负载电阻RL＝4Ω。
UCE max VCC ( uE max ) VCC VCC UCES 2VCC
二、集电极最大电流
I C max I E max
VCC U CES VCC RL RL
三、集电极最大功耗
uCE VCC UOM sin t
U OM iC sin t RL
军事通信教研室
刘坤
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述
9.2 互补功率放大电路
9.3 功率放大电路的安全运行 9.4 集成功率放大电路
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。
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
2
交点为2VCC，此时：
Pom
I CQ VCC 1 I CQVCC 2 2 2
当输入正弦波信号时，电源输出电流平均值约为ICQ，因此：
PV I CQVCC
Pom 50% PV
2. 变压器耦合乙类推挽功率放大电路
iC1
无输入信号时，T1、T2均截止， PV＝0；
同类型管子在电路中交 有输入信号时，T1、T2交替导通， 替导通的方式称为“推挽” RL上获得交流功率。 工作方式。
综上：
输入信号正半周期内，主 要依靠T1管驱动负载，而负半 周期内，主要依靠T2管驱动负 载。 当信号电压很小时，两只 管子同时导通，从而避免了交 越失真现象。 由于两只管子的导通时间 均大于半个周期，因此它们都 工作在甲乙类状态。
9.2.2 OCL电路的输出功率及效率
二只管子的静态电流很小， 可认为Q点在横轴上，则：
当输入正弦波信号时，电源 输出电流的均值为ICQ：
PV I CQVCC
集电极电流交流分量的最大幅 值为ICQ，因此Rc//RL上可能获
得的最大交流功率为：
1 2 Pom I CQ ( Rc // RL ) 2
由于电源功率不变，当负载电阻较小时，电路的效率较低，因 此共射放大电路不宜作为功率放大电路。
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 功率放大电路输出功率与电源所提供的功率之比称为转换 效率。
二、功率放大电路中的晶体管
在功率放大电路中，要求晶体管工作在尽限应用状态。 晶体管集电极电流最大时接近最大集电极电流ICM； 晶体管管压降最大时接近c-e间能承受的最大管压降U(BR)CEO； 晶体管耗散功率最大时接近集电极最大耗散功率PCM； 安全措施：极限参数的选择、满足散热条件及其它各种保护 措施。
Au 2( R7 // R) /( R5 R6 // R)
Au调节范围为20～200之间，即增益为26～46dB。
三、LM386的引脚图
使用时，引脚1和8
之间外接电阻和大容量
电容，用于调节电压增
益；引脚7和地之间外 接旁路电容，通常取 10μF。引脚5应外接输 出电容后再接负载。
9.4.2 集成功率放大电路的主要性能指标
(1)求解负载上可能获得的最 大功率和效率； (2)若输入电压最大有效值为 8V，求负载上能够获得的最大功 率。
(1)求解负载上可能获得的最 大功率和效率；
Pom
(VCC U CES )2 18W 2 RL
(2)若输入电压最大有效值为 8V，求负载上能够获得的最大功 率。
Uo U i
功率放大电路的分类:
在放大电路中，若输入信号为正弦波时，根据晶体管在信 号整个周期内导通情况分为：
iC iC iC
O
2 t 甲类( = 2 ) 丙类： < 。
O

2
t
O

2 t
乙类( = )
甲乙类( < < 2 )
丁类：功放管工作在开关状态，管子 仅在饱和导通时消耗功率。
二、集成OCL电路的应用
TDA1521为双 通道OCL电路，常 作为立体声扩音机 左、右两个声道的 功放；
电路内部引入 深度电压串联负反 馈，闭环电压增益 为30dB，并具有待 机、静噪、短路和 过热保护等功能。
三、集成BTL电路的应用
TDA1556为双通道 BTL电路，常作为立体声 扩音机左、右两个声道的 功放； 电路增益约为26dB， 最大不失真输出电压峰值 接近VCC；电路具有待机、 静噪、短路、电压反向、 过电压、过热和扬声器保 护等功能。