ch8 分立元件放大电路
ch08功率放大器及效果器设备教程
声音就比较漂亮清楚；对于脉冲类的声音，比如打击乐、木琴等，可以使用 较大的 diffusion ，混响就比较 圆润。有些效果器里也有 diffusion 这个参数， 但是具体的定义不太一样。在某些效果器里，diffusion 是指反射声的无规律 程度，空间的形状越不规则（例如山洞、教堂里），墙壁越不光滑，反射声 音的出现越没有规律，diffusion 越大；空间的形状越规则（例如无家具的住 宅、空的教室），墙壁越光滑，反射声的出现越有规律，diffusion 越小。
功率放大器
• 频率响应 • 频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率
放大器的频响范围应不低于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况 下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定 一般音频功放的频率范围是40-16kHz±1.5dB。
• 失真 • 失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真
说是正弦波信号）。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额 定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规 定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。 • 最大输出功率 • 当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还 可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率， 前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率
效果器设备
• 混响器参数：
• 混响密度（Reverb density） • 这个参数的意思跟 diffusion 差不多，只是是针对早反射之后
的混响部份的。很多效果器并不提供 density ，而是用 diffusion 来控制整个混响。 • 空间大小（Room size） • 设置空间大小参数。不过不同的效果器在这个上面会有不同 的算法。另外，采样混响器不会提供这个参数，因为空间大 小已经体现在 IR 中了。
ch8 功率放大
功放电路的分析方法
• 由于功放电路输入端为大信号，所以对功放电路分析常 采用图解法， • 而小信号放大电路分析时用的微变等效电路法则不再适 用!
• 功率放大就是在有较大的电压输出的同时， 又要有较大的电流输出。 • 前面学过的放大电路多用于多级放大电路 的输入级或中间级，主要用于放大微弱的 电压或电流信号。
• 为了克服交越失真，可以利用PN结压降、电阻 压降、或其它元器件压降给两个功放管的基极 加上正向偏臵电压（Vbia=VT），使功放管处于 临界导通状态，即可消除交越失真 • 实际偏臵电路中的偏执电压Vbia一般由导通的 PN结提供，如P220图所示，导通的D1和D2分别 为TN和TP提供约0.7V的偏执电压，与发射结压 降有较好的匹配性。
因而也需要给功放管加上偏臵电流，即使其工作于甲乙类放大 状态， 以此来克服交越失真。 下图为常见的几种甲乙类互补对称功率放大器。（a）图为 OCL电路，(b)图为OTL电路。在（a）、（b）两图中， V3为推
动级，V3的集电极电路中接有两个二极管 VD1和V
电极电流在V
• 主要技术指标： • （1）输出功率Po和最大不失真输出功率Pom • 输出电压有效值与输出电流有效值的乘积定义为输出功 率Po Vom I om 1
PO VO I O 2 · Vom I om 2 2
• 其中Vom和Iom分别为输出电压和电流的峰值。 • 最大不失真输出功率指输出在基本不失真情况下，放大 电路最大输出电压Vomax和最大输出电流Iomax有效值的 乘积，记为Pom Vo max I o max 1
Pom
• （2）效率η • 放大电路的效率定义为放大电路输出给负载的交流功率 Po与直流电源提供的功率PV 之比，即： PO 100% P • （3）管耗PT V • 损耗在功放管上的功率称为功放管的损耗，简称管耗， 用PT表示。
ch8 功率电路
1-4
模拟电子 技术
7.1 功率放大电路概述
4.共射放大不宜用做大功放
静态时，若晶体管的基极电流可忽略不计，直流电源提供的直 流功率约为 ICQ VCC，即图中矩形ABCO的面积；集电极电阻RC 的功率损耗为ICQ URC，即矩形QBCD的面积；晶体管集电极耗 散功率为ICQUCEQ，即矩形 AQDO的面积。
PE
最高效率
P om
0 . 25
1-7
模拟电子 技术
7.1 功率放大电路概述-分类
iC
甲类： Q点适中，在正弦信号的
整个周期内均有电流流过BJT。
乙类：静态电流为0，BJT只在
正弦信号的半个周期内均导通。
ICQ
Q1
甲乙类： 介于两者之间，
导 通 角 大 于 UCEQ
VCC uCE
180° http://www.7 iC
V CC (V CC U CES ) RL
4
V CC U CES V CC
1-15
模拟电子 技术
7.2 OCL电路
在理想情况下，即饱和压降可忽略不计的情况下：
POm PV U
2 Om
2
V CC 2RL
动画演示
2
RL 2 V CC RL
4
78 . 5 %
U
CE
(1 R 3 / R 4 )U
UBE 的倍增电路。设置两
个电阻，得到合适的静 态电压。
1-24
模拟电子 技术
7.2 OCL电路—倍增电路
动画演示
波形关系：
（甲乙类互补对称 电路的计算同乙类） iC
详解分立元器件OTL功率放大器电路
详解分立元器件OTL功率放大器电路图2-46所示是分立元器件构成的OTL功率放大器。
OTL功率放大器采用互补推挽输出级电路。
OTL功率放大器种类较多，这里以OTL音频功率放大器为例，详细介绍这种放大器的工作原理。
图2-46 分立元器件构成的OTL 功率放大器电路中，VT1构成推动级放大器;VT2和VT3构成互补推挽输出式放大器，VT2是NPN型三极管，VT3是PNP型三极管。
直流电路分析电路中，推动级与功放输出级之间采用直接耦合电路，所以两级放大器之间的直流电路相互影响。
这一放大器的直流电路比较复杂，分成以下几个部分分析。
1.电路启动分析接通直流工作电源瞬间，+V经R2和R3给VT2基极提供偏置电压，使VT2发射极有直流电压，这一电压经R4和R1分压后加到VT1基极，给VT1提供静态直流偏置电压，VT1导通。
VT1导通后，其集电极(C点)电压下降，也就是VT3基极电压下降，当放大器输出端A点电压大于C点电压时，VT3也处于导通状态，这样电路中的3只三极管均进入导通状态，电路完成启动过程。
2.静态电路分析接通直流电源瞬间，很快放大器进入稳定的静态，此时A点电压等于直流电源电压+V的一半，如果+V等于12V，放大器输出端(A点)的直流电压等于6V。
这是OTL功率放大器的一大特征，了解和记住这一点对检修OTL功率放大器很有用，如果测量A点电压不等于+V的一半，说明OTL功率放大器已经出现故障。
3.VT2和VT3直流电压供电电路分析对直流电流而言，VT2和VT3是串联的，所以只有+V的一半加到了每只三极管的集电极与发射极之间，而不是+V的全部。
功率放大器中，电路的直流工作电压大小直接关系到放大器的输出功率大小，+V愈大放大器的输出功率愈大。
所以，对于OTL功率放大器而言，由于每只三极管的有效工作电压只有+V的一半，要求有更大的直流工作电压+V才能有较大的输出功率，这是OTL功率放大器电路的一个不足之处。
CH8 直流稳压电源
IL 1 Uo (2~ 3) (2~ 3) 2 2 RL
1.4U2
(3) 输出特性(外特性) uo 电容滤波 纯电阻负载 0 IL
0.9U2
输出波形随负载电阻 RL 或 C 的变化而改变, Uo 和 S 也随之改变。 如: RL 愈小( IL 越大), Uo下降多, S 增大。
结论：电容滤波电路适用于输出电压较高，负载电流
(a) UL与RLC的 关系： RLC 愈大 C放电愈慢 UL(平均值)愈大 一般取：
RLC 较大
uc= uL
u2 t iD t
T RL C (3 ~ 5) 2
(T:电源电压的周期 近似估算 : UL=1.2)U2
(b) 流过二极管瞬时电流很大
RLC 越大 Uo越高 负载电流的平均值越大 ; 整流管导电时间越短 iD的峰值电流越大 故一般选管时，取 I DF
改变电压值 通常为降压 半波整流
交流变脉 动的直流 全波整流
减小脉动
1) 负载变化输出电压 基本不变； 2) 电网电压变化输出 电压基本不变。
在分析电源电路时要特别考虑的两个问题：允许电网电 压波动±10％，且负载有一定的变化范围。
8.1.2 直流稳压电源的性能指标
1.稳压电源质量指标
1）电压调整率S v
干扰。
3、复式滤波电路
为进一步改善滤波特性，可将上述滤波电路组合
起来使用。 LC滤波电路
RCπ型滤波电路
R
+
+ +
L
+
+
+
+
+
ui +
C
uo +
u i C1 +
分立元件OCL功率放大电路原理分析
分立元件OCL功率放大电路原理分析OCL是英文OutputCapacitorLe的缩写，意思是没有输出电容器。
OCL功率放大电路一般采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载扬声器全部采用直接耦合，中间无输入、输出变压器（人们将不用输入和输出变压器的功率放大电路称为单端推挽电路），也不需要输出电容器，其好处是通频带宽，信号失真最低。
(1)OCL功率放大器的结构组成功率放大器的结构如图1所示。
OCL功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路，有些还设置有过载保护电路。
图2是一种实际的功放电路，早期一些低档功放机器采用了这一电路。
下面结合该电路来认识一下功率放大器的各组成部分。
1)输入级：输入级主要起缓冲作用。
输入级多采用差分对管放大电路（也有采用运算放大电路的），通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
差分放大器由两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。
这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。
有些功放机器的差动管发射极采用恒流源电路，常见的有二极管和三极管组成的恒流源和两个三极管组成的镜像恒流源。
输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。
2)激励级：激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。
多数功放机的激励级采用单管放大电路，也有少数机器采用差分对管放大电路。
这一级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。
激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。
另外，激励级还要为后一级（功率输出级）提供稳定的偏置电压。
功率输出级的偏置电压电路有多种类型。
最简单的偏置电路是由激励管的集电极负载电阻构成的，其热稳定性和稳压性都比较差；有些功放采用恒压偏置电路，即由多个二极管串联而成的稳压钳位电路，使功率输出级的偏置电压保持稳定；而更多的则是采用带温度补偿的恒压偏置电路，这种偏置电路由一个三极管和几个电阻组成。
分立元件OCL功率放大电路原理分析
分立元件OCL功率放大电路原理分析OCL是英文Output Capacitor Less的缩写，意思是没有输出电容器。
OCL功率放大电路一般采用正、负对称的两组电源供电，电路内部直到负载扬声器全部采用直接耦合，中间无输入、输出变压器（人们将不用输入和输出变压器的功率放大电路称为单端推挽电路），也不需要输出电容器，其好处是通频带宽，信号失真最低。
(1)OCL功率放大器的结构组成功率放大器的结构如图1所示。
OCL功率放大电路分为输入级、激励级、功率输出级三级，此外还有为稳定电路工作而设置的负反馈网络和各种补偿电路，有些还设置有过载保护电路。
图2是一种实际的功放电路，早期一些低档功放机器采用了这一电路。
下面结合该电路来认识一下功率放大器的各组成部分。
1)输入级：输入级主要起缓冲作用。
输入级多采用差分对管放大电路（也有采用运算放大电路的），通常引入一定量的负反馈，增加整个功放电路的稳定性和降低噪声。
差分放大器由两个特性相同的放大电路组成，其左、右两管的参数几乎完全相同。
这种电路具有很高的稳定性，能抑制“零点漂移”，保证输出级中点电压的稳定。
有些功放机器的差动管发射极采用恒流源电路，常见的有二极管和三极管组成的恒流源和两个三极管组成的镜像恒流源。
输入级采用小功率管，工作在甲类状态，静态电流较小。
2)激励级：激励级的作用是给功率输出级提供足够的激励电流及稳定的静态偏压，整个功率放大器的增益主要由这一级提供。
多数功放机的激励级采用单管放大电路，也有少数机器采用差分对管放大电路。
这一级常采用恒流源负载，不仅能得到较高的电源抑制特性，而且具有工作状态稳定、线性好、失真度低等优点。
激励级也是用小功率管，工作在甲类状态。
另外，激励级还要为后一级（功率输出级）提供稳定的偏置电压。
功率输出级的偏置电压电路有多种类型。
最简单的偏置电路是由激励管的集电极负载电阻构成的，其热稳定性和稳压性都比较差；有些功放采用恒压偏置电路，即由多个二极管串联而成的稳压钳位电路，使功率输出级的偏置电压保持稳定；而更多的则是采用带温度补偿的恒压偏置电路，这种偏置电路由一个三极管和几个电阻组成。
分立元件驱动原理
分立元件驱动原理分立元件驱动原理是指通过使用各种分立元件来驱动电路的工作原理。
分立元件是指电路中独立存在的、不可再分的电子元件，如电阻、电容、电感等。
分立元件驱动原理在电子设备中起着至关重要的作用，能够实现对电路的精确控制和调节。
在电子电路中，分立元件可以起到传输、调节、存储等功能。
例如，电阻可以限制电流的流动，电容可以储存电荷，电感可以产生电磁感应等。
通过合理地组合和配置这些分立元件，可以实现对电路的驱动和控制。
分立元件驱动原理的实现主要依赖于电路的基本定律，如欧姆定律、基尔霍夫定律等。
其中，欧姆定律描述了电阻元件的电压与电流之间的关系，基尔霍夫定律描述了电路中电流和电压的分布和相互关系。
在分立元件驱动原理中，电路的设计和分析是非常重要的。
首先，需要根据电路的功能和要求确定所需要的分立元件类型和参数。
然后，根据电路的工作原理和分析方法，进行电路的搭建和连接。
最后，通过电路的测试和调试，对分立元件的参数进行调整和优化，以实现电路的稳定工作和预期功能。
在实际应用中，分立元件驱动原理被广泛应用于各种电子设备和系统中。
例如，电源电路中的电阻和电容可以实现对电压的稳定和滤波作用；放大电路中的电阻和电感可以调节信号的幅度和频率响应；开关电路中的二极管和晶体管可以实现信号的开关和调制等。
除了基本的分立元件外，还有一些特殊的分立元件被用于特定的应用领域。
例如，光电转换器件可以将光信号转换为电信号，用于光通信和光电传感器等领域；功率器件可以处理大电流和高功率，用于功率放大和功率控制等领域。
分立元件驱动原理是电子电路设计和应用的基础，通过合理地选择和配置分立元件，可以实现对电路的精确控制和调节。
在实际应用中，需要根据具体的需求和要求，选择适合的分立元件，并进行合理的电路设计和分析，以实现电路的稳定工作和预期功能。
同时，随着科技的不断发展，新型的分立元件将不断涌现，为电子设备的驱动和控制提供更多的选择和可能性。
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光敏性：当受到光照时，其导电能力明显变化。 (可制成各种光敏元件，如光敏电阻、 光敏二极管、光敏三极管、光电池等)。
掺杂性：往纯净的半导体中掺入某些杂质，会使 其导电能力明显改变。
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8.1.1 PN结
1. 本征半导体 完全纯净的、结构完整的半导体晶体，称为 本征半导体。 硅和锗的晶体结构
（a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 2. 在杂质半导体中少子的数量与 （a. 掺杂浓度、b.温度）有关。 3. 当温度升高时，少子的数量 c （a. 减少、b. 不变、c. 增多）。
b
4. 在外加电压的作用下，P 型半导体中的电流
主要是 b ， N 型半导体中的电流主要是 a
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（a. 电子电流、b.空穴电流）
+ + + + + + 扩散和漂 + + + + +移这一对相 +
反的运动最 + + + + + + 终达到动态 + + + + +平衡，空间 + 电荷区的厚 度固定不变。
多子的扩散运动
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3. PN结的导电特性 4、 PN结的单相导电性 PN 结加正向电压（正向偏置） PN 结变窄
－ － － － － － + + + + + + + + + + + +
V阴 =－12 V 二极管导通
若忽略管压降，二极管可看作短路，UAB =－ 6V
否则， UAB低于－6V一个管压降，为－6.3Ｖ或－6.7V
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例2: VD2
VD１
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两个二极管的阴极接在一起
求：UAB
6V
3k 12V
A +
UAB
12 流过VD2 取 B 点作参考点，断开 I D2 4mA 3 的电流为 二极管，分析二极管阳
硅管0.5V, 锗管0.1V。
反向特性
外加电压大于死区 电压二极管才能导通。
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外加电压大于反向击 穿电压二极管被击穿， 失去单向导电性。
3. 二极管的主要参数
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(1)最大整流电流 IOM 二极管长期使用时，允许流过二极管的最大正向平 均电流。 (2)反向工作峰值电压 URWM 是保证二极管不被击穿而给出的反向峰值电压， 一般是二极管反向击穿电压U(BR)的一半或三分之一。 二极管击穿后单向导电性被破坏，甚至过热而烧坏。 (3)反向峰值电流 IRM
已知： ui 18sin tV
二极管是理想的，试画 出 uo 波形。
ui
–
u2
18V 8V
8V
uo
–
参考点 二极管的用途：
整流、检波、限幅、 箝位、开关、元件保护、 t 温度补偿等。
ui > 8V 二极管导通，可看作短路 uo = 8V ui < 8V 二极管截止，可看作开路 uo = ui
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第8章 分立元件放大电路
8.1 8.2 8.3 8.4 半导体器件 基本放大电路 静态工作点的稳定 共集电极放大电路
8.5 多级放大电路 8.6 功率放大电路
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8.1
半导体的特性：
半导体器件
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热敏性：当环境温度升高时，导电能力显著增强。 (可制成温度敏感元件，如热敏电阻)
集电极 P N P E 发射极
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NPN型 C N P N E
极
B 基极
发射极
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集电区： 面积最大
集电结 基极 B
1. 结构 ：按结构可分三类
（a）点接触型
结面积小、 结电容小、正 向电流小。用 于检波和变频 等高频电路。
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(b)面接触型 结面积大、 正向电流大、 结电容大，用 于工频大电流 整流电路。
(c)平面型 用于集成电路制作工艺中。PN结结面积可大可 小，用于高频整流和开关电路中。
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空穴
+4
+4
+4
+4
束缚电子
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本征半导体的导电机理 在其它力的作用 当半导体外加电压 因常温下束缚 下，空穴吸引临近的 时，在电场的作用下 电子很难脱离共价 电子来填补，其结果 将出现两部分电流： 键成为自由电子， 相当于空穴的迁移。 因此本征半导体中 1）自由电子作定 的自由电子和空穴 空穴的迁移相当于 向移动 电子电流 很少，所以本征半 正电荷的移动，因此 2）价电子递补空 导体的导电能力很 可以认为空穴是载流 穴 空穴电流 弱。 子。
－ － － － － －
+ + + + + +
+ + + + + + + + + + + +
－ － － － － － － － － － － －
－ － － － － －
+ + + + + +
P 型半导体
N 型半导体
无论N型或P型半导体都是中性的，对外不显电性。
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1. 在杂质半导体中多子的数量与 a
+4
+4
+4
+4
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本征半导体的导电机理
本征半导体中存在数量相等的两种载流 子，即自由电子和空穴。 本征半导体的导电能力取决于载流子的 浓度。 温度越高，载流子的浓度越高，本征半 导体的导电能力越强。温度是影响半导体性 能的一个重要的外部因素，这是半导体的一 大特点。
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Iz
RL
Io
+
–
Dz
Uo
.
I UZ U
RL(Io) IR Uo (Uz ) IZ Uo 基本不变 IR (IRR) 基本不变 设负载RL一定， UI 变化 UI Uo (Uz ) IZ IR
Uo 基本不变 IRR
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例：稳压二极管的应用
稳压二极管技术数据为：稳压值UZW=10V， Izmax=12mA，Izmin=2mA，负载电阻RL=2k，输入电 压ui=12V，限流电阻R=200 。若负载电阻变化范围 为1.5 k ~4 k ，是否还能稳压？
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共价键共 用电子对
硅和锗的共价键结构
+4 +4
+4
+4
共价键中的 两个电子被紧紧 束缚在共价键中， 称为束缚电子。
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自由电子
本征半导体的导电机理 在常温下，由于 热激发，使一些价电 子获得足够的能量而 脱离共价键的束缚， 成为自由电子（带负 电），同时共价键上 留下一个空位，称为 空穴（带正电）。 这一现象称为本征激发。
8.1.2
半导体二极管
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1.二极管的结构和类型
符号：
阳极
P
VD
N
阴极
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2. 二极管的伏安特性
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非线性
反向击穿 电压U(BR)
反向电流 在一定电压 范围内保持 常数。
I
正向特性 P
+
–N
硅0.6~0.7V, 导通压降 锗0.2~0.3V。
U
P
–
+N
死区电压
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5. 稳压二极管
符号
伏安特性
I
+
UZ U
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稳压管正常工作 时加反向电压
稳压管反向击穿后， IZ 电流变化很大，但电 IZ 压变化很小，利用此 UZ IZM 特性，稳压管在电路 使用时要加限流电阻 中可起稳压作用。
–
主要参数
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(1)稳定电压UZ 稳压管正常工作(反向击穿)时管子两端的电压。 (2)电压温度系数ｕ 环境温度每变化1C引起稳压值变化的百分数。 (3)动态电阻
rZ
UZ IZ
rZ 愈小，曲线愈陡，稳压性能愈好。
(4)稳定电流IZ 、最大稳定电流 IZM (5)最大允许耗散功率 PZM = UZ IZM
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稳压管稳压电路
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限流调压
.
Uo = U z IR = I o + I z
稳压电路 设UI一定，负载RL变化
IR
R
+ UI –
.
.
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2. N型半导体和P型半导体 在常温下即可 变为自由电子 掺入五价元素 N 型半导体
多余电子 掺杂浓度远大于本 征半导体中载流子浓 +4 +4 度，所以，自由电子 浓度远大于空穴浓度。 +4 +4 +5 自由电子称为多数 载流子（多子）， 空穴称为少数载流 磷原子 失去一个 电子变为 子（少子）。
3. 外加电压大于反向击穿电压二极管被击 穿，失去单向导电性。 4. 二极管的反向电流受温度的影响，温度 愈高反向电流愈大。
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4. 应用举例
定性分析：判断二极管的工作状态
导通 截止
若二极管是理想的，正向导通时正向管压降为零， 反向截止时二极管相当于断开。 硅0.6~0.7V 否则，正向管压降 锗0.2~0.3V 分析方法：将二极管断开，分析二极管两端电位