第9章功率放大電路重點：1.功率放大電路概述2.互補功率放大電路3.功率放大電路的安全運行4.集成功率放大電路19.1能夠向負載提供足夠大的信號功率的放大電路稱為功率放大電路，簡稱功放。從能量控制與轉換的角度看，功率放大電路與其它放大電路在本質上沒有根本的區(qū)別；只是功放輸出盡可能大的功率。因此，功放電路的組成和分析方法、元器件的選擇，都與小信號放大電路不同。9.1.1功率放大電路的特點一、主要技術指標1.最大輸出功率Pom功率放大電路概述2功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率（PO=UOIO）。在電路參數確定的情況下負載上可能獲得的最大交流功率，稱為最大輸出功率Pom

。2.轉換效率

功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的功率之比稱為轉換效率。即二、功率放大電路中的晶體管1.晶體管接近極限參數ICM晶體管在極限狀態(tài)工作,參數接近ICM、U（BR）CEO、PCM,但要保證管子工作在安全區(qū)。電源提供的功率是直流功率，其值等于電源輸出直流電流平均值與其電壓之積，即PV=VccIc(AV)

。39.1.2功率放大電路的組成

一、變壓器耦合功率放大電路傳統的功率放大電路為變壓器耦合功率放大電路，分為單管甲類功率放大電路和推換功率放大電路。1.單管甲類功率放大電路適合做功放嗎？功率放大器分變壓器耦合功率放大電路和直接耦合功率放大電路。變壓器原邊線圈電阻可忽略不計，直流負載線垂直于橫軸且過(VCC，0)。5在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形QAB的面積在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波，直流電源提供的功率不變。電源提供的功率為PV＝ICQVCC，全部消耗在管子上。

RL等效到原邊的電阻為，則可作出交流負載線。

62.變壓器耦合乙類推挽功率放大電路為了減小靜態(tài)損耗，應減小ICQ，當ICQ=0時，靜態(tài)PV=ICQVCC=0,但晶體管只有半個周期導通（=180?），靜態(tài)工作點位于橫軸上，這種工作狀態(tài)稱為乙類狀態(tài)。乙類狀態(tài)靜態(tài)損耗雖小，但失真嚴重。為了獲得完整的正弦波輸出，采用兩只晶體管組成乙類推挽功率放大電路，如圖所示。電路的最大效率為:Pom/PV=50%ui為正弦，ic和uce也是正弦（即Q點在交流負載線中點左右），稱為甲類功率放大電路。7兩只同類型管子在電路中交替導通的方式，稱為“推挽”工作方式。設β為常量，則負載上可獲得正弦波。輸入信號越大，電源提供的功率也越大。93.

功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據晶體管在信號整個周期內導通情況分類。甲類(=2)tiCO

Icm2ICQtiCO

Icm2ICQ乙類(=)tiCO

IcmICQ2甲乙類(

<<2)丙類：導通角小于。丁類：功放管工作在開關狀態(tài)，管子僅在飽和導通時消耗功率。集電極電流iC將嚴重失真。101.

無輸出變壓器的功率電路用一個大容量電容取代了變壓器(電容：幾百～幾千微法的電解電容器）靜態(tài)時：前級電路應使基極電位為VCC/2，發(fā)射結電位為VCC/2，故電容上的電壓也為VCC/2。單電源供電。T1和T2特性對稱。工作時：T1和T2輪流導通，電路為射極跟隨狀態(tài),uo≈ui。OTL工作在乙類工作狀態(tài)，會出現交越失真。如何消除？二、直接耦合功率放大電路(互補功率放大電路)OutputTransformerless(OTL電路)11

3.

橋式推挽功率放大電路單電源供電，四只管子特性對稱。靜態(tài)時：四只晶體管均截止，輸出電壓為零。當ui

>

0時，T1和T4導通，T2和T3

截止，負載上獲得正半周電壓；當ui

<

0時，T2和T3導通，T1和T4

截止，負載上獲得負半周電壓。因而負載上獲得交流功率工作時：

BalancedTransformerless（BTL電路）139.2.1OCL電路的組成及工作原理一、電路組成RLT1T2+VCC+ui+uoVCCui>0T1導通T2截止iC1io=iE1=iC1,uO=iC1RLui<0T2導通T1截止iC2io=iE2=iC2,uO=iC2RLui=0T1、T2截止9.2

目前使用最廣泛的功放是OTL電路和OCL電路，本節(jié)以OCL為例，介紹Pom、的分析計算，以及功放管的選擇。若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產生交越失真。互補功率放大電路14二、工作原理tiCO

ICQ1ICQ2消除交越失真思路：ui=0，給T1、T2提供靜態(tài)電壓UB1、B2＝UD1＋UD2＋UR2

UB1、B2略大于T1管發(fā)射結和T2管發(fā)射結開啟電壓之和，兩管均處于微導通狀態(tài)，即都有一個微小的基極電流，分別為IB1和IB2。靜態(tài)時應調節(jié)R2，使UE為0，即u0為0。交越失真1.靜態(tài)（ui=0）消除交越失真的OCL電路RLD1D2T1T2+VCC_+uoVCCR2R1uiR3+15若靜態(tài)工作點失調，可使T1、T2管因功耗過大而損壞。因此，常在輸出電路中接入熔斷器以保護功放管和負載。注意：179.2.2OCL電路的輸出功率及效率當輸入電壓足夠大，且又不產生飽和失真的圖解分析。

OCL電路的圖解分析圖中I區(qū)為T1管的輸出特性，Ⅱ區(qū)為T2管的輸出特性；二只管子的靜態(tài)電流很小，可認為Q點在橫軸上。Uop=VCC–UCES最大輸出電壓幅值最大不失真輸出電壓的有效值

18最大輸出功率電源VCC提供的電流電源在負載獲得最大交流功率時所消耗的平均功率等于其平均電流與電源電壓之積。轉換效率199.2.3OCL電路中晶體管的選擇一、最大管壓降UCEmax=2VCC

-UCES≈2VCC二、集電極最大電流三、集電極最大功耗如何求PT的最大功率？選功放管，應根據UCEmax、Icmax、PTmax選晶體管。RLD1D2T1T2+VCC_+uoVCCR2R1uiR3+2122四、功放管的選擇查手冊選晶體管時，應使極限參數選擇晶體管時，其極限參數應留有一定余量，特別是PCM，并嚴格按手冊要求安裝散熱片。注：23

圖所示電路的負載電阻為8?，晶體管飽和管壓降|UCES|=2V，試問：（1）若負載所需最大功率為16W，則電源電壓至少應取多少伏？（2）若電源電壓取20V，則晶體管的最大集電極電流、最大管壓降和集電極最大功耗各為多少？（1）根據可求出電源電壓例2解：25（2）最大不失真輸出電壓的峰值因而負載電流最大值，即晶體管集電極最大電流最大管壓降晶體管集電極最大功耗26復習：1.功放電路的性能指標：最大輸出電壓、最大輸出功率和效率

2.功放電路的分類：甲類、乙類、甲乙類、丙類和丁類變壓器耦合、OTL、OCL和BTL3.OCL功放的性能指標：Uop=VCC–UCES公式中VCC→VCC/2，適用于OTL電路。注意：27

IB不同時二次擊穿的臨界點不同，便得到二次擊穿臨界曲線，簡稱S/B曲線。防止晶體管的一次擊穿，并限制集電極電流，可避免二次擊穿。例如，在功放管的c--e間加穩(wěn)壓管，就可以防止其二次擊穿。A點到B點，此時電流猛增，而管壓降減小，稱為“二次擊穿”。晶體管經二次擊穿后，性能下降，甚至造成永久性損壞。299.3.2功放管的散熱問題功放管損壞的重要原因是PC

>

PCM。改善功放管的散熱，可在同樣的結溫Tj下提高PCM，也就可提高輸出功率。一、熱阻的概念熱在物體中傳導時所受到的阻力用“熱阻”來表示。設結溫為Tj，環(huán)境溫度為Ta,則溫差?T（=Tj-Ta)與PC

成正比，比例系數稱為熱阻RT，即可見，熱阻RT是傳遞單位功率時所產生的溫差，單位為?C/W；熱阻是衡量晶體管散熱能力的一個重要參數。?T=Tj-Ta=PCRT30

可見，管子選定，則TjM確定，Ta=25?C時，若要PCM↑，必RT↓。二、熱阻的估算管芯（J）向環(huán)境（A）散熱的途徑有兩點：管芯J→C（管殼）→A；或J→C→S（散熱片）→A，如圖示。31

設J--C間熱阻為Rjc,C-A間熱阻為Rca，C-S間熱阻為Rcs,S-A間熱阻為Rsa,則晶體管散熱的熱阻模型如圖所示。大功率管一般要加散熱器，

不同管子Rjc不同；Rca與管殼所用材料有關；Rcs取決于晶體管與散熱器之間是否加絕緣層，又決定于二者接觸面積和壓緊程度；Rsa與散熱器所用材料及表面大小、厚薄、顏色和散熱片安裝位置等因素有關。小功率管一般不加散熱器，故晶體管的等效熱阻為32三、功放管的散熱器

兩種散熱器如圖示。當散熱器垂直或水平放置時，有利于通風，故散熱效果較好。散熱表面鈍化涂黑有利于熱輻射，從而可減小熱阻。產品手冊給出的PCM是在指定散熱器及一定環(huán)境溫度下的允許值；若改善散熱條件，可獲得更大一些的PCM。339.4

OTL、OCL和BTL電路因PO和Au不同有多種不同型號的集成電路。OTL電路使用時，需外接輸出電容。為了改善頻率特性，減小非線性失真，常在電路內部引入深度負反饋。本節(jié)以低頻功放為例，介紹集成功放的電路組成、工作原理、主要性能指標和典型應用。9.4.1集成功率放大電路分析

LM386是一種音頻集成功放，具有功耗小，電壓增益可調節(jié)，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真小等優(yōu)點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。集成功率放大電路34一、LM386內部電路35第一級為差分放大電路（雙入單出）第二級為共射放大電路，T7放大管，恒流源作有源負載，以增大放大倍數。第三級中T8和T6管復合成PNP管，與NPN管T10構成準互補輸出級。D1、D2為輸出級提供合適的偏置電壓，可以消除交越失真。

T1和T3、T2和T4分別構成復合管作為差分放大電路放大管；T5和T6組成鏡像電流源作為T1和T2有源負載。從T2管集電極輸出，為雙入單出電路。單端輸出電路的增益近似等于雙端輸出（因接有源負載）。36

電阻R7從輸出端連接到T2的發(fā)射極形成反饋通路，并與R5和R6構成反饋網絡，從而引入深度電壓串聯負反饋。利用瞬時極性法可判斷出，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端。電路由單電源供電，故為OTL電路。輸出端（5腳）應外接輸出電容后再接負載。引腳1和8外接電阻時，改變交流通路，所以必須在外接電阻回路串聯一個大容量電容，如圖示，外接電阻值不同，電壓放大倍數的調節(jié)范圍為20~200，即26~46dB。二、LM386引腳圖注：379.4.2集成功率放大電路的主要性能指標

除POm外，還有電源電壓范圍，電源靜態(tài)電流，電壓增益，頻帶寬，輸入阻抗，輸入偏置電流，總諧波失真等。同一負載，當電源電壓不同時，POm不同；同一電源電壓時，當負載不同，POm也不同。集成功率放大電路的主要性能指標見書中表9.4.1。389.4.3集成功率放大電路的應用一、集成OTL電路的應用1.LM386外接元件最少的用法靜態(tài)時輸出電容上電壓為VCC/2最大不失真輸出電壓的峰－峰值為電源電壓VCC。最大輸出功率為輸入電壓有效值VCC=16V,RL=32?引腳1和8開路，R和C2串聯構成較正網絡用來進行相位補償。LM386外接元件最少的用法393.LM386的一般用法

LM386電壓增益最大的用法

LM386的一般用法C3使引腳1和8的交流通路短路，Au≈200；C4為耦合電容；C5是去耦電容。引腳1和5接電阻，也可改變電壓放大倍數。

2.LM386電壓增益最大的用法40最大輸出功率P