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什么是功率放大器？在电子系统中，模拟信号被放大后，往往要去推动一个实际的负载。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。推动一个实际负载需要的功率很大。能输出较大功率的放大器称为功率放大器。§7.1功率放大电路概述7.1.1对功率放大电路的一般要求例：扩音系统功率放大电压放大信号提取对功率放大电路的要求主要有以下几方面：①根据负载要求，提供所需要的输出功率。最大输出功率：指在正弦输入信号下，输出不超过规定的非线性指标时，放大电路最大输出电压和最大输出电流有交值的乘积。在共射接法下：cmcemcmcemoIUIUP2122max②具有较高的效率。EoPp直流电源提供的功率最大输出功率max③尽量减小非线性失真。④半导体三极管的散热问题。在分析方法，由于晶体管处于大信号下工作，故通常采用图解法。7.1.2功率放大器提高效率的主要途径功率放大电路必须考虑效率问题。提高效率的主要途径就是降低静态时的工作电流。三极管根据导通时间(导通角)可分为如下几种常见状态。甲类-------三极管360°导电；甲乙类-----三极管180°～360°导电乙类-------三极管180°导电静态工作Q对放大器工作状态的影响如下图所示：甲类功放的功率即使在理想情况下其效率最高也只能达到50%。怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号输出功率呢？从甲类放大电路中我们知道，静态电流是造成晶体管功耗的主要因素。如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输出的功率也等于零(或很小)，信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状态。工作点降低后分别对应为甲乙类和乙类功放。甲乙类和乙类放大，虽然减小了静态功耗，提高了效率，但都出现了严重的波形失真，因此，既要保持静态时管耗小，又要使失真不太严重，这就需要在电路结构上采取措施。常见的有无输出变压器功放(OTL)和无输出电容功放(OCL)。§7.2互补对称式功率放大电路取两个类型不同(NPN和PNP)，但特性相同的晶体管VT1、VT2串接在电路中，使其中一个晶体管工作在输入信号的正半周期，而另一个晶体管工作在输入信息的负半周期，则称这种工作方式为互补对称式。＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLRT1、T2两个管子交替工作，在负载上得到完整的正弦波。一、乙类OCL功放工作原理（设ui为正弦波）ic1静态时：ui=0Vic1、ic2均=0(乙类工作状态)uo=0V动态时：ui0VT1截止，T2导通ui0VT1导通，T2截止iL=ic1；iL=ic27.2.1无输出电容的互补对称式功率放大器(OCL)ic2乙类OCL功放输入输出波形图uiuououo´交越失真死区电压＋－uuＴ１Ｔ２VCCVCCoiLRtuo交越失真uit乙类OCL功放的缺点：存在交越失真＋－uuＴ１Ｔ２VCCoiLRVCCuu＋-Ｔ２oLRi2RD12RＴ１1VCCDVCC静态时:T1、T2两管发射结电压分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态——甲乙类工作状态动态时:设ui加入正弦信号。正半周T2截止，T1基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。二、甲乙类OCL功放工作原理uu－＋２ＴRoLi2R1DD2VCC１1ＴRVCCuB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真iCQuceVCC/ReVCCIBQ甲乙类OCL功放输入输出波形图带前置放大级的OCL互补输出功率放大器-+uu*CCVUPLRO1RR3R4DVCCIR2iT12TT3带复合管的OCL互补输出功放电路：T1：电压推动级(前置级)。T2、R1、R2：UBE扩大电路T3、T4、T5、T6：复合管构成互补对称功放。输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。合理选择R1、R2，b3、b5之间可得到UBE2任意倍的电压。22122RRRUUBECE＋u－uLRＶＣＣT3TT65oＣＣＶT41T2Ti3RR12R电路中增加复合管增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。12晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。复合NPN型复合PNP型cebCibieiT12TcbeibTTe1C2iibcebiTiCeibecieiiCTb基本原理.单电源供电；.输出加有大电容。(1)静态偏置调整RW阻值的大小，可使：CCP21VU此时电容上电压CCC21VU+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO7.2.2无输出变压器互补对称式功率放大器(OTL)(2)动态分析(电容起到了负电源的作用)Ui负半周时，T1导通、T2截止；Ui正半周时，T1截止、T2导通。+uuTT1324TTC8RVCC1R2RRLR5R6WRUPiO总结：互补对称功放的类型互补对称功放的类型双电源电路又称OCL电路(无输出电容)单电源电路又称OTL电路(无输出变压器)LCCoRVP22maxLCCoRVP82max7.2.3桥式推挽功率放大电路(BTL)图中四只晶体管特性对称，静态时均处于截止状态，负载上电压为零。当ui0时，VT1和VT4管导通，VT2和VT3管截止，电流如图中实线所示，负载上获得正半周电压；当ui0时，VT2和VT3管导通，VT1和VT4管截止，电流如图中虚线所示，负载上获得负半周电压。7.2.4互补对称式功率放大器的效率EoPp直流电源提供的功率最大输出功率max功率放大器的效率公式为：L2omLomomooo222=RURUUIUP先求Pomax：再求PE：ccLcemLcemCCauCCEVRUtdtRUVIVPsin210CCcemEoVUPp2maxOTL电路：理想情况下：2CCcemVU得：%5.784maxOCL电路：LCCLooRVRUP8)2(22maxmax%5.78max2maxCCoVU§7.3集成功率放大电路LM386是一种音频集成功放，具有自身功率低、电压增益可调整、电源电压范围大、外接元件少和总谐波失真小等优点。7.3.1集成功率放大器LM386简介1.LM386内部电路第一级为差分放大电路，VT1和VT3、VT2和VT4分别构成复合管，作为差分放大电路的放大管；VT5和VT6组成镜像电流源作为VT1和VT2的有源负载；信号从VT3和VT4管的基极输入，从VT2管的集电极输出，为双端输入单端输出差分电路。第二级为共射放大电路，VT7为放大管，恒流源作有源负载，以增大放大倍数。第三级中的VT8和VT9管复合成PNP型管，与NPN型管VT10构成准互补输出级。二极管VD1和VD2为输出级提供合适的偏置电压，可以消除交越失真。利用瞬时极性法可以判断出，引脚2为反相输入端，引脚3为同相输入端；电路由单电源供电，故为OTL电路。输出端(引脚5)应外接输出电容后再接负载。电阻R7从输出端连接到VT2的发射级，形成反馈通路，并与R4和R6构成反馈网络。从而引入了深度电压串联负反馈，使整个电路具有稳定的电压增益。2.LM386的电压放大倍数①当引脚1和8之间开路时，由于在交流通路中VT1管发射要近似地，R4和R6上的动态电压为反馈电压，近似等于同相输入端的输入电压。即为二分之一差模输入电压，于是可得：265iRRfUUUU反馈系数：ofUUF电路的电压放大倍数：6576576572)()1(2RRRARRRRRRUUAuiou根据图中数据代入可得：Au≈20。②当引脚1和8之间外接电阻R时，则：RRRRAu//2657当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时，有：572RRAu根据图中数据代入可得：Au≈200。Au的调节范围为20~200实际上在引脚1和5(即输出端)之间外接电阻也可改变电路的电压放大倍数。应当指出，在引脚1和8(或者引脚1和5)外接电阻时，应只改变交流通路，所以必须在外接电阻回路中串联一大容易电容。LM386的外形和引脚的排列如下图所示：7.3.2集成功率放大电路的应用1.集成OTL电路的应用上图电路中：C1为输出电容。由于引脚1和8开路，集成功放的电压增益为26dB，即电压放大倍数为20。利用电位器RP调节扬声器音量。R和C2串联构成校正网络用来进行相位补偿。①②上图电路中：C3使引脚1和8在交流通路中短路，使Au≈200；C4为旁路电容；C5为去耦电容，滤掉电源的高频交流成分。③上图电路中：R2改变了LM386的电压增益。TDA1521为2通道OCL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。其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、静噪功能以及短路和过热保护等。2.集成OCL电路的应用TDA1556为2通道BTL电路，可作为立体声扩音机左、右两个声道的功放。两个通道的组成完全相同，其内部具有待机、静噪功能，并有短路、电压反向、过电压、过热和扬声器保护等。3.集成BTL电路的应用1.功率放大器的特点：工作在大信号状态下，输出电压和输出电流都很大。要求在允许的失真条件下，尽可能提高输出功率和效率。2.常用的互补型功放电路有OTL电路和OCL电路3.OTL互补对称电路省去了输出变压器，但输出端需要一个大电容和用一个NPN和一个PNP管接成对称形成。4.OCL互补对称电路将输出端的大电容也省去，改善了电路的低频响应，且有利于实现集成化。本章小结5.OTL和OCL电路均可工作在甲乙类状态和乙类状态。6.集成功放具有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真小等优点。7.随着半导体工艺、技术的不断发展，输出功率几十瓦以上的集成放大器已经得到了广泛的应用。功率VMOS管的出现，也给功率放大器的发展带来了新的生机。作业:P313-7.4P314-7.6；7.9