第4章--低频功率放大电路

第四章低频功率放大电路4.1概述4.2常用低频功率放大器4.3典型功放集成电路及其应用4.1.2低频功率放大器的分类4.1.1低频功率放大电路的基本要求4.2.1OCL功率放大器4.2.2OTL功率放大器4.2.3功放器件的选用和安全使用常识4.3.2典型功放集成电路应用实例4.3.1典型功放集成电路简介2．对功率放大器的基本要求4.1概述4.1.1低频功率放大电路的基本要求1．低频功率放大器的功能向负载提供足够大低频信号功率的放大电路。（2）有尽可能高的能量转换效率（1）能向负载输出足够大的不失真功率（4）功放管散热性能要好（3）尽可能小的非线性失真1．按功放管的工作状态分类功放管（三极管）始终工作在三极管输出特性曲线的线性部分,即在输入信号的整个周期内，功放管均有电流，故电路输出波形失真小，但因静态时，功放管处于导通状态，且静态电流（ICQ）较大,电路转换效率较低，理想情况下最大效率可达50%。4.1.2低频功率放大电路的分类（1）甲类功率放大器（2）乙类功率放大器静态时，功放管处于截止状态，即在输入信号的整个周期内,功放管只在输入信号的半个周期内导通的。因此，电路需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。由于静态电流为零，电路转换效率较高，理想情况下可达78.5%，但电路输出波形存在交越失真。vo0t交越失真在静态时，功放管处于微导通状态，即在输入信号的整个周期内，功放管只在输入信号的大半个周期内导通。与乙类功率放大器电路一样，需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。电路具有克服交越失真的优点，但由于电路中存在很小的静态电流，使电路转换效率略低于乙类。（3）甲乙类功率放大器2.按耦合方式分类（1）阻容耦合功率放大电路——功放电路输出端通过耦合电容连接负载。（2）变压器耦合功率放大电路——功放电路输出端通过变压器连接负载。（3）直接耦合功率放大电路——功放电路输出端无需通过任何元件而直接与负载相连。4.2.1OCL功率放大器1．电路组成（3）采用大小相等、极性不同的双电源供电。（4）静态时两功放管均处于截止状态，电路工作在乙类状态。一、未设偏置电路的OCL功放电路（2）输出端采用直接耦合。（1）由一对特性参数完全相同、导电类型不同的功放管V1（NPN管）和V2（PNP管）组成的射极输出器构成。RLVccVcc4.2常用低频功率放大器当输入信号为正半周时，V1导通（V2截止），集电极电流iC1流经负载RL，在RL两端产生正半周输出信号电压vo。当输入信号为负半周时，V2导通（V1截止），集电极电流iC2流经负载RL，在RL两端产生负半周输出信号电压vo。2.工作原理综上所述，在输入信号变化一个周期内，V1与V2交替导通半周，犹如一推一挽，在负载上合成完整的输出信号波形。通常称这种电路为推挽电路。乙类推挽功放电路效率虽高，理想时可达78.5%，但输出波形却产生了失真。输出波形输入波形VccVccRL输出波形在正、负半周的交替处产生的失真称为交越失真。3.交越失真及其消除方法iB1iBvBE2vBE10tiB20vbet电路产生交越失真的分析图0产生交越失真的原因：当基极信号幅值小于死区电压时，三极管不导通或导通情况不好，造成两功放管在输出电压的正、负半周交接处（零点附近）产生了波形失真。交越失真消除交越失真的方法：给功放管设置适当的直流偏置电压，使其静态时处于微导通状态，即工作于甲乙类状态。二、加有偏置电路的OCL功放电路（4）R2还是V5管的发射极负反馈电阻，起稳定静态工作点和改善输出信号失真的作用。（1）激励管（推动管）V5起电压放大作用，推动功放管工作。（2）R1是V5管的集电极电阻，可将V5放大的电流信号转换为电压信号。（3）V3、V4、R1和R2构成V1、V2的偏置电路，使电路工作于甲乙类状态，其目的是克服交越失真。1．电路组成2．工作原理（1）在vi的正半周，V5输出负极性信号，V1反偏截止，V2正偏导通，信号经V2放大后，形成信号电流iC2，并在RL两端产生正半周输出信号电压vo。V2的直流电源由–Vcc提供。（2）在vi的负半周，V5输出正极性信号，V2反偏截止，V1正偏导通，信号经V1放大后，形成信号电流iC1，并在RL两端产生负半周输出信号电压vo。V1的直流电源由Vcc提供。L2om2RVPcc3．OCL功放电路的输出功率和效率（2）由于功放管静态时有微小的偏置电流，所以其最大效率略低于乙类。（1）OCL功放电路最大输出功率4.2.2OTL功率放大器（1）V1、RP1、R1、R2、R3、R5和C2组成激励级。其中C2是中和电容，防止电路产生高频自激。1.电路组成（2）RP1作用：①给V1发射结提供正向偏置电压；2ccAVV++++R4R6+VccR5C3C4V3RP2C5ARP1C2V2V4RLvoC1R1V1viR2R3②调节电路中点电压，使；③引入电压并联负反馈作用，既可稳定Q点又能稳定输出电压。（3）V3、V4互补对称，起功放作用；（4）二极管V2和可调电阻RP2的作用：消除电路的交越失真。（6）C4、R4组成“自举电路”，其作用是改善输出波形。++++R4R6+VccR5C3C4V3RP2C5ARP1C2V2V4RLvoC1R1V1viR2R3（5）电路与负载之间的连接采用电容耦合。输出耦合电容C5由于充电而有直流电压VC（等于Vcc的一半，且左端为正，右端为负），还兼作V4的直流电源。（7）C3、R6组成电源退耦电路，用于滤除电源中的各种干扰信号。在输入信号vi的负半周，V1输出正极性信号，此时，V3正偏导通，V4反偏截止，信号经V3放大后形成信号电流iC3，在RL两端产生正半周输出信号电压vo。此时，直流电源经V3向C5充电。2.工作原理+++++–+++R4R6+VccR5C3C4V3iC3RP2C5ARP1C2V2V4iC4RLvoC1R1V1viR2R3在输入信号vi的正半周，V1输出负极性信号，V4正偏导通，V3反偏截止，C5经V4向负载RL放电（C5起到负电源的作用），信号经V4放大后形成信号电流iC4，并在RL两端产生负半周输出信号电压vo。3.电路的最大输出功率：LccLccomRVRVP822122W56.088682L2omRVPcc解：[例]在如图所示的OTL功放电路中，已知8,V6LccRV求：该电路的最大输出功率。++++R6+VccR5C2V3R4C4R1V2V4V1RLvoC1viR2R3C3LccCmccCEOBRRVIVV2LccCmccCEOBRRVIVV24.2.3功放器件的选用和安全使用常识1．功放管的选用（3）对于OCL和OTL功放电路，功放管选用时应注意配对原则。（1）OCL功放电路：（2）OTL功放电路：（4）集电极损耗功率应低于PCM。2.功放管安全使用常识（3）不能把两个功放管的金属外壳或散热片直接安装到散热板（或片）上。（1）功放管在使用的过程中，必须采用相应的散热措施。（2）在更换功放管时，除考虑配对原则外，还应先检查其前级推动电路或负载是否存在故障，以免更换功放器件后再次损坏。（5）不能在功放电路通电的情况下连接音箱线。（4）在开、关功放电路的电源之前，要把功放电路的音量电位器旋至最小。4.3.1典型功放集成电路简介4.3典型功放集成电路及其应用TDA2030是德律风根公司生产的音频功放电路，采用V型5脚单列直插式塑料封装结构，其输出功率大于10W，输出电流峰值最大可达3.5A，被广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备中。1.电路特点集成功放具有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小，工作安全可靠、开机冲击电流极小等优点。2.引脚说明4.3.2典型功放集成电路应用实例——音频功率放大器TDA2030：高保真功放集成电路；R1、R2：交流负反馈电阻，其比值决定该电路的闭环增益；R4、C7：相位校正网路，避免扬声器产生高频啸叫；V1、V2：保护二极管，防止输出电压瞬间出现峰值损坏集成电路；C3、C4：高频旁路电容，消除高频自激振荡；C5、C6：电源滤波电容。