第九章功率放大电路案例
放大电路设计案例
放大电路设计案例放大电路是电子学中一个重要的概念，它用于将输入的信号放大到合适的幅度。
在实际应用中，放大电路被广泛应用于音频放大、无线通信、显示设备等领域。
本文将通过一个设计案例，详细介绍放大电路的设计过程和注意事项。
1. 设计要求我们需要设计一个放大电路，将输入的音频信号放大到足够的幅度，以便驱动扬声器输出声音。
该放大电路需要满足以下要求： - 输入阻抗大，以避免对音频源的影响；- 输出阻抗小，以提供足够的功率输出；- 频率响应平坦，在听觉范围内能够保持音频信号的准确性；- 电路稳定可靠，不易产生失真或噪声。
2. 电路设计根据设计要求，我们选择使用一个共射放大电路。
该电路可以提供较高的电压增益和较低的输出阻抗。
以下是电路设计的关键参数和步骤：2.1 输入级设计输入级的作用是提供电压放大。
为了满足输入阻抗大的要求，我们选择使用一个高阻抗的场效应管作为输入级。
场效应管的参数选择需要根据具体情况来确定，可以通过仿真软件进行优化。
2.2 中间级设计中间级的作用是进一步放大电压信号。
我们可以选择使用一个晶体管来实现中间级的放大。
晶体管的选择要根据输入电压和输出电压的幅度来确定，同时要注意与输入级和输出级之间的匹配。
2.3 输出级设计输出级的作用是提供足够的功率输出，并将信号驱动扬声器。
为了满足输出阻抗小的要求，我们可以选择使用一个功率放大器作为输出级。
功率放大器的选择可以根据输出功率和负载特性来确定，同时要注意与前一级之间的匹配。
3. 注意事项在放大电路的设计过程中，需要注意以下几个问题以确保电路的性能和可靠性：3.1 功耗和散热放大电路在工作过程中会产生一定的功耗，因此需要注意散热的问题。
合理设计散热系统，确保电路在长时间工作时不会过热。
3.2 稳定性和反馈为了提高电路的稳定性，可以采用负反馈技术。
通过添加反馈电路，可以减小电路的非线性失真和频率响应的变化。
3.3 抗干扰和抗放大器放大电路在实际应用中可能会受到各种干扰，如电源干扰、电磁干扰等。
功率放大电路
图 OTL功率放大器电路
集成功率放大器
C1为输入耦合电容，根据下式估算。 式中，fL为放大电路下限截止频率；Rs为信号源内阻； Ri为集成功放输入电阻。本例C1取10uF。
LM386集成功率放大器
1．LM386的特点 LM 386是一种低电压通用型音频集成功率放大
器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中。 LM386的内部电路和管脚排列如图1所示。它是8脚 DIP封装，消耗的静态电流约为4mA，是应用电池供 电的理想器件。该集成功率放大器同时还提供电压增 益放大，其电压增益通过外部连接的变化可在 20~200范围内调节。其供电电源电压范围为4~15v， 在8Ω 负载下，最大输出功率为325mw，内部没有过 载保护电路。功率放大器的输入阻抗为50kΩ ，频带 宽度300KHz。
2．TDd030实用电路及其元器件选择 (1)TDA2030接成OCL(双电源)电路典型应用电路如图 所示。图中R3、R2、C2使
TDA2030接成交流电压
串联负反馈电路。闭环 增益由下式估算
C2一般取几十微法，本例中取22pF。设要使功放电路 电压放大倍数为33倍，取R2＝680Ω ，则将数据代入上式 可求得R3＝21.76kΩ ．取标称值22k Ω 。
馈电阻加以调整。在规定输入电压的情况下，在功放 电路输入端加入1kxz规定电压值正弦信号，通过调整 外接负反馈电阻使之达到额定输出功率。
C10为OTL电路输出电容，它既是输出信号的耦合 电容，又起替代负电源的作用。两端充电电压为：VC10 ＝VCC／2，一般取耐压>VCC／2的几百微法电容。
孙肖子版模拟电子电路及技术基础课件 第9章
(9.1.4)
上式表明， 当集电极损耗功率PC一定时， 交流输出功率Po
第九章 功率放大电路
(3) 非线性失真要小。 由于功放管工作在大信号状态， 因此非线性失真不可避免。 如何减小非线性失真， 同时 又得到大的交流输出功率， 这也是功放电路设计者必须 要考虑的问题之一。 (4) 功率器件的安全问题必须考虑。 在功放电路中， 有相当大的功率消耗在功放管的集电结上， 它使管子的 结温和管壳稳度升高。 为了保证功放管安全、 可靠地运 行， 必须要限制功耗、 最大电流和管子承受的反压， 要 有良好的散热条件和适当的过流、 过压保护措施。
第九章 功率放大电路
工作在AB类或B类的功放电路， 虽然减小了静态 功耗， 提高了效率， 但它们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， 解决的 方法是， 采用互补对称或推挽功率放大电路。
第九章 功率放大电路
9.2 互补跟随对称功率放大电路 互补跟随对称功率放大电路
第九章 功率放大电路
第九章 功率放大电路
9.1 9.2 9.3 9.4 9.5 功率放大电路的一般问题 互补跟随对称功率放大电路 D类功率放大电路 类功率放大电路 集成功率放大电路 功率器件
第九章 功率放大电路
9.1 功率放大电路的一般问题 功率放大电路的一般问题
9.1.1 特点和要求 特点和要求
(9.2.13)
第九章 功率放大电路
得出， 当 U o = π U CC 时， 每管的损耗最大， 即
2 1 U CC 2 1 2 1 U CC ⋅ U CC − ( U CC ) 2 ] = 2 PCm = [ RL π π 4 π π RL
9-功率放大电路
OTL电路：单电源供电，低频特性差。 Uom (VCC
2) U CES 2
OCL电路：双电源供电，低频特性好。Uom
VCC
UCES 2
BTL电路：单电源供电，低频特性好；双端输入双端输出。
U om
VCC 2UCES 2
集成功率放大电路
种类：OTL、OCL、BTL 电路结构：双极型电路、双极型与单极型混合电路（VMOS管广泛应用）
T2、T5的极限参数：PCM＝1.5W，ICM＝600mA，UBR（CEO）＝40V。
3. D1短路； 影响消除交越失真 4. D1断路； 功放管将烧坏 5. T1集电极开路。 输出波形正负半周不对称
功放的故障问题，特别需要考虑故障的产生是否影响功放管的安全工作！
晶体管的工作方式
1. 甲类方式
晶体管在信号的整个周期内均处于导通状态
2. 乙类方式
晶体管仅在信号的半个周期处于导通状态
3. 甲乙类方式
晶体管在信号的多半个周期处于导通状态
4. 为了获得更大的输出功率和更高的效率，还有丙类、丁类功放
功率放大电路的种类
1. 变压器耦合功率放大电路：传统功放，应用至今 2. OTL 电路 (Output Trasfomerless)：无变压器，有大电容 3. OCL电路 (Output Capacitorless)：无大电容，但双电源供电 4. BTL 电路( Balanced Transformerless)：单电源供电，管子多
只有C 足够大，才能认为其对交流信号相当于短路，uo ≈ ui 。 OTL电路低频特性差。 若要低频特性好，则需改变耦合方式：阻容耦合→直接耦合。
OCL电路(Output Capacitorless) 和BTL 电路( Balanced Transformerless)
模拟电子技术答案 第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路自测题一、选择合适的答案填入括号内。
(1)功率放大电路的最大输出功率是在输入电压为正弦波时，输出基本不失真情况下，负载上可获得的最大( A )。
A.交流功率B.直流功率C.平均功率(2)功率放大电路的转换效率是指( B )。
A.输出功率与晶体管所消耗的功率之比；B.最大输出功率与电源提供的平均功率之比；C.晶体管所消耗的功率与电源提供的平均功率之比。
(3) 在选择功放电路中的晶体管时，应当特别注意的参数有( BDE )。
A ．βB ．I CMC ．I CBOD ．U CEOE ．P CMF ．f T(4) 若图T9.1所示电路中晶体管饱和管压降的数值为CES U ，则最大输出功率P OM =( C )。
A.2()2CC CES LV U R - B.21()2CC CES L V U R - C.21()22CC CES L V U R -图T9.1 图T9.2二、电路如图T9.2 所示，已知T l 和T 2的饱和管压降2CES U V =，直流功耗可忽略不计。
回答下列问题：(1)R 3、R 4 和T 3的作用是什么？(2)负载上可能获得的最大输出功率P om 和电路的转换效率η各为多少？(3)设最大输入电压的有效值为1V 。
为了使电路的最大不失真输出电压的峰值达到16V ，电阻R 6至少应取多少千欧？解：(1)消除交越失真。
(2)最大输出功率和效率分别为：2()162CC CES omLV U P W R -==, 69.8%4CC CES CC V U V πη-=⋅≈ (3)由题意知，电压放大倍数为：61111.3u R A R =+≥== ∴61(11.31)10.3R R k ≥-=Ω习题9.1判断下列说法是否正确，用“√”和“×”表示判断结果。
(1)在功率放大电路中，输出功率越大，功放管的功耗越大。
( × )(2)功率放大电路的最大输出功率是指在基本不失真情况下，负载上可能获得的最大交流功率。
第9章 功率放大电路
出波形不可避免地产生一定的非线性失真。在实际的功率放大
电路中，应根据负载的要求来规定允许的失真度范围。 4、分析估算采用图解法 由于功放中的晶体管工作在大信号状态，因此分析电路时， 不能用微变等效电路分析方法，可采用图解法对其输出功率和 效率等指标作粗略估算。
第9章 功率放大电路
5、功放中晶体管的保护及散热问题
•按照放大信号的频率，分为低频功放和高频功放。前者用于 放大音频范围（几十赫兹到几十千赫兹）的信号，后者用于放 大射频范围（几百千赫兹到几十兆赫兹）的信号。本课程仅介 绍低频功放。
第9章 功率放大电路
四、提高输出功率的方法
1. 提高电源电压 2. 改善器件的散热条件 普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗 散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则 输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片
第9章 功率放大电路
二、变压器耦合功率放大电路
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC
，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
RL (
N1 2 ) RL N2
则可作出交流负载线
第9章 功率放大电路
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
I CQ VCC 1 P0 m I CQVCC 2 2 2
即三角形QAB的面积 在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波 直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
第9章 功率放大电路
实用的变压器功率放大电路
希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号 愈大，负载获得的功率也愈大，电源提供的功率也 随之增大，从而提高效率。 变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替 导通 同类型管子在电路中交 替导通的方式称为“推 挽”工作方式。 图9.1.3变压器耦合乙类推挽功率放大电路
第09章放大电路基础及分析
168169新授课 ）传感器（麦克风），将声音转换成相应的电压信号。
）放大器，将麦克风输出的微弱电压信号放大到所需要的值。
）再生器（扬声器），将放大后的电信号还原成声音。
）电源，提供放大器工作所需要的直流电压。
．什么是放大电路同时满足以下两个条件的电路：）输出信号的功率大于输入信号的功率。
）输出信号波形与输入信号波形相同（不失真）。
用框图表示：输入端：加入需要放大的信号。
输出端：得到放大的输出信号。
组成：一个放大电路必须含有晶体管（或电子管）这样的器件，同时还包含电阻、电感、变压器等元器件。
．放大器的分类）按放大器的频率高低分⎪⎩⎪⎨⎧高频放大器低频放大器直流放大器）按被放大信号的类型分⎪⎩⎪⎨⎧功率放大器电压放大器电流放大器170（a ）双电源供电；（b ）单电源供电；（c ）是（b ）图的习惯画法（不画出集电极电源）。
各元器件的作用： ① 晶体管V ：工作在放大状态，起电流、电压放大作用。
② 基极偏置电阻b R ：它使电源U E 给晶体管提供一个合适的基极电流B I （又称偏流），保证晶体管工作在合适的状态。
取值范围在几十千欧到几百千欧。
③ 集电极负载电阻c R ：作用是把晶体管的电流放大转换为电压放大。
它的取值范围一般在几千到几十千欧。
④ 耦合电容1C 和2C ：起隔直流通交流的作用。
交流信号从1C 输入经过放大从2C 输出，同时1C 把晶体管的输入端与信号源之间，2C 把输出端和负载之间的直流通路隔断。
一般选用电解电容，使用时注意极性的区分。
⑤ 集电极电源U E ：作用一是给晶体管一个合适的工作状态（保证发射结正偏，集电结反偏），二是为放大电路提供能源。
2．静态工作点的建立171这时晶体管的直流电压：CE BE U U 、和对应的直流电流B I 、C I 统称为静态工作点CEQ Q BE U U 、、BQ I 、CQ I 。
如上图（b ）所示是放大电路的直流通路，由于耦合电容的作用，直流只在直流通路内流动，所以将耦合电容1C 、2C 看作断路的部分去掉，剩下的即为直流通路。
第九章 功率放大电路
时, 允许的最大功耗 Pcm 仅为1W,加了120mm×120 mm×4 mm的
散热片后, 其Pcm可达到10 W。 在实际功率放大电路中,为了 提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。
第9章 功率放大电路
9.1.4 提高效率的方法
第9章 功率放大电路
9.2 互补对称功率放大电路
9.2.1 双电源互补对称电路 (OCL电路)
第9章 功率放大电路
第9章 功率放大电路
9.1 功率放大电路概述 9.2 互补对称功率放大电路 9.3 集成功率放大器
第9章 功率放大电路
9.1 低频功率放大电路概述
实际的放大电路中，输出信号要驱动一定的负载装置，如收音机中扬声器的音圈、 电动机控制绕组、计算机监视器或电视机的扫描偏转线圈等。所以，实际的多级放大 电路除了应有电压放大级外，还要求有一个能输出一定信号功率的输出级，这类主要 用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。
第9章 功率放大电路
2. 效率要高 放大电路输出给负载的功率是由直流电源提供的。在输出 功率比较大时，效率问题尤为突出。如果功率放大电路的效 率不高，不仅造成能量的浪费，而且消耗在电路内部的电能 将转换为热量，使管子、元件等温度升高而损毁。为定量反
映放大电路效率的高低，定义放大电路的效率为 η,
Po 100% PE
9.1.1 分类
•按晶体管导通时间不同，可分为甲类、乙类、甲乙类等
iC O O O iB iB iC iC iC iC iC
t
O O
iB O iB
t
O O
iB O iB
t
t t
(a) 甲类 (b) 乙类
图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
V
R
L
＝POm＝•VCC －UCES
PV 4 VCC
9.2.3 OCL电路中晶体管的选择
一、最大管压降
UCEmax=2VCC
二、集电极最大电流
I ＝I
V－U CC
CES1
Cmax Emax
R
L
三、集电极最大功耗
ui
I
＝
V CC
Cmax
R+
L
ui
RR1
D1 D2 R2 V5R3
+VCC T1
RL
+ uo
工作时: T1和T2交替工作，正、负电源交替供电，输出与输 入之间双向跟随。
图9.1.5 OCL电路 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 Balanced Transformerless（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： T1和T2轮流导通，电路为射极跟随状态。
OTL工作在乙类工作状态， 会出现交越失真。
如何消除？
图9.1.4 OTL电路 动画avi\17-4.avi
四、无输出电容的功率放大电路 Output Capacitorless（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。
白
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。
功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情 况下，输出尽可能大的功率。
功放电路的要求：
Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高 失真要小
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 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率。是交流功率，表达式为Po＝IoUo。
晶体管集电极电流最大时接近ICM 晶体管管压降最大时接近U（BR）CEO 晶体管耗散功率最大时接近PCM 选择功放管时，要注意极限参数的选择，还要注意其散热条件，使用时必须安装合适的散热片 和各种保护措施。 三、功率放大电路的分析方法 采用图解法
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 1.无输入信号作用时 直流电源提供的直流功率为ICQ VCC 即图中矩形ABCO的面积。
T2
VCC
PT＝ 21 0uCiECdt21 0(VCCUOM si nt)U ROM si ntdt L
＝ 1（ VU－ U ） CC OM
2 OM
如何求PT的最大功率？
R 4
L
令 dTP0，可以 U＝ 求 2•V 得 0.6 ， V
dU
OM
CC
CC
OM
P
2
＝VCC
0.2P
R Tmax 2
2.当引脚1和8之间外接电阻R时
A
2R 7
u R R //R
5
6
3.当引脚1和8之间对交流信号相当于短路时
A
2R 7
200
uR
5
4.在引脚1和5之间外接电阻，也可改变电路的电压放大倍数
A
2(R 7
//R)
u R R
5
6
电压放大倍数可以调节，
调节范围为20~200。
三、LM386引脚图 9.4.2 集成功率放大电路的主要性能指标（略）
电阻R7从输出端连接到T2的发射极形成反馈通道，并与R5和R6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 1.当引脚1和8之间开路时
Uf=UR5+UR6≈Ui/2
•
•
FU• f UO
R5R5R6R6R7 2U U•iO
•
Au U U •O2(1R5R 7R6)R5 2 R7R6 20 i
集电极电流iC将严重失 真。
三、无输出变压器的功率电路Output Transformerless （OTL电路）
用一个大容量电容取代了变压器(电容：几百~几千微法的电解电容器） 单电源供电。T1和T2特性对称 静态时：前级电路应使基极电位为VCC/2，发射结电位 为VCC/2 ，故电容上的电压也VCC/2。
电源提供的功率为PV＝ICQ VCC ，全部消耗在管子上。
RL等效到原边的电阻为
R
(
N 1
)2
R
LN
L
2
则可作出交流负载线
在理想变压器的情况下，最大输出功率为
P
I C
QVCC1I
V
0m
2 2 2 CQCC
即三角形QAB的面积
在输入信号为正弦波时，若集电极电流也为正弦波
直流电源提供的功率不变 电路的最大效率为: Pom / PV =50 ℅
P ＝U2Om＝82 16W R Om 4
L
+VCC T1
RL
+
uo
T2
VCC
9.4 集成功率放大电路 OTL、OCL和BTL电路均有各种不同电压增益多种型号的集成电路。只需外接少量元件，就可 成为实用电路。
掌握集成功放的电路组成，工作原理、主要性能指标和典型运用。
9.4.1 集成功率放大电路分析
0m
L
晶体管集电极最大功耗仅为最大输出功率的五分之一。
在查阅手册选择晶体管时，应使极限参数
BUCEO＞2VCC ICM＞VCC/RL PCM＞0.2Pom
[例9.2.1] 在图9.2.2所示电路中已知VCC ＝15V，输入电压为正弦波，晶体管的饱和管压降UCES ＝3V， 电压放大倍数约为1，负载电阻RL ＝4欧，
T1 微导通 截止 微导通。
二管导通的时间都比输入信号的半个周期更长，功放电 路工作在甲乙类状态。
图9.2.3 T1和T2 管在ui作用下输入特性中的图解 分析
9.2.2 OCL电路的输出功率及效率 当输入电压足够大，且又不产生饱和失真的图解分析 图中I区为T1管的输出特性，II区为T2管的输 出特性；
P (ICQ )2R1I (I R)
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ0m
2 2 L
CQ CQL
即图中三角形QDE的面积
图9.1.1输出功率和效率的图解分析
负载电阻RL上所获得的功率PO仅为P/Om的一部分。
共射放大电路输出功率小，效率低（25℅） ，不宜作功放。
二、变压器耦合功率放大电路 传统的功放为变压器耦合式电路
变压器原边线圈电阻可忽略不计， 直流负载线 垂直于横轴且过 (VCC ，0)。
二只管子的静态电流很小，可认为Q点在横轴 上。
最大输出电压幅值
Uop = VCC – UCES
最大不失真输出电压的有效值
U ＝VCC－UCES
Om
2
图9.2.4 OCL电路的图解分析 动画avi\17-1.avi
最大输出功率
P＝U2Om＝ （VCC －UCE） S2
R Om
2R
L
L
电源VCC提供的电流
诗
白
本章讨论的问题： 1.功率放大是放大功率吗？电压放大电路和功率放大 电路有什么区别？
2.什么是晶体管的甲类、乙类和甲乙类工作状态？
第
3.晶体管的最大耗散功率是否是电路的最大输出功率？ 晶体管的耗散功率最大时，电路的输
三
出功率是最大吗？
版
童
诗
白
4.互补式功放电路的输出功率是否为单管功放电路的二倍？
复习：
1.功放电路的性能指标： 最大输出电压、最大输出功率和效率
2.功放电路的分类： 甲类、乙类、甲乙类、丙类和丁类 变压器耦合、OTL、OCL和BTL
3.OCL功放的性能指标：
Uop = VCC – UCES
U ＝VCC－UCES
Om
2
P＝U2Om＝ （VCC －UCE） S2
R Om
2R
L
L
P＝2VC（ C VCC－UCE） S
LM386是一种音频集成功放，具有功耗小，电压增益可调节，电源电压范围大，外接元件少 和总谐波失真小等优点，广泛应用于录音机和收音机之中。
一、LM386内部电路 第一级差分放大电路（双入单出）
第二级共射放大电路（恒流源作有源 负载）
第三级OTL功放电路 输出端应外接输出电容后再接负载。
图9.4.1 LM386内部电路原理图
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 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比。直流功率等于电源输出电流平均值 及电压之积。 3.最大输出电压Uom
二、功率放大电路中的晶体管 在功率放大电路中，为使输出功率尽可能大，要求晶体管工作在极限应用状态。
实用的变压器功率放大电路 希望输入信号为零时，电源不提供功率，输入信号愈大，负载获得的功率也愈大，电源 提供的功率也随之增大，从而提高效率。
变压器耦合乙类推挽功率放大电路 无输入信号，二管截止 有输入信号，二管交替导通
同类型管子在电路中交替导通的方式称为 “推挽”工作方式。
图9.13(a)变压器耦合乙类推挽功率放大电路
（1）求解负载上可能获得的最大功率和效率
RR1
（2）若输入电压最大有效值为8V，则负载上能够获得的
最大功率为多少。
D1
ui
D2
解（1）
P＝ U2Om＝ （ V C－ C UCE ） 2S1W 8
R2
R Om
2R
L
L
＝ POm＝•VC－ C UCES 0.62u+i 8
V5R3
P4 V