模拟电子技术(西电第三版)第5章 功率放大器及其应用

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4. 测量电源供给功率 将直流电流表串入电源供电电路。电路输入端加1 kHz 正弦信号ui，逐渐加大ui的幅度，与此同时用示波器观察输 出电压uo的波形，至uo最大又不出现削波为止，然后固定ui。 读取并记录直流电流表读数ICo，记下电源供电电压UCC，计 算出电源供给功率PU实。
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(五) 实训报告 (1) 整理实训数据，计算出Po实、PU实及功率放大器的效
准备)。 (2) 预习万用表、示波器、信号发生器的使用方法与注
意事项。
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(三) 实训原理 1. 电路的工作过程 实训电路如实图5.1所示。这是一个互补对称功率放大
器的测试电路，其中V2、V3分别是特性对称的NPN型和PNP 型三极管。
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实图5.1 互补对称功率放大器实训电路
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2. 电路参数 1) 电路的输出功率 理想(输出不失真)情况下，该电路的最大输出功率为 实际测量时，电路的输出功率为
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图5.3.3 LA4102典型应用电路图
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4. BTL电路 BTL功率放大器是在集成功放的基础上发展起来的，又 称为桥接推挽式放大器。其主要特点是，在同样的电源电压 和负载电阻条件下，它可得到比OCL或OTL大几倍的输出功 率，其工作原理如图5.3.4(a)所示。
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图5.3.4 BTL电路工作原理 (a) BTL电路；(b) OCL电路
所以，两功放管基极之间电压为
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5.2.4 复合管互补对称功率放大器 在上述互补对称电路中，若要求输出较大功率，则要求
功放管采用中功率或大功率管。这就产生了如下问题。一是 大功率的PNP和NPN两种类型管子之间难以做到特性一致； 二是输出大功率时功放管的峰值电流很大，而功放管的β不 会很大，因而要求其前置级有较大推动电流，这对于前级是 电压放大器的情况是难以做到的。为了解决上述问题，可采 用复合管互补对称电路，如图5.2.6所示。
率η实，分析误差产生的原因。 (2) 总结分析实训中出现的问题。
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(六) 思考题 经过实训，你会提出下面的一些问题。这些问题也是后
续理论课中要分析解决的主要问题。 (1) 一个功率放大器为什么要用两个功放管？只用一个
行不行？ (2) 交越失真是如何产生的？又是如何消除的？ (3) 实验电路中，二极管的作用是什么？如果有一个二
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图5.3.5 TDA2030组成的BTL电路
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5.4 功率放大器的应用
5.4.1 功率放大器实际应用电路 1. OCL功率放大器实际应用电路 图5.4.1为一准互补功率放大电路，它是高保真功率放大
器的典型电路。
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图5.4.1 OCL功率放大器实际应用电路
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2. OTL功率放大器实际应用电路 图5.4.2是一个OTL互补对称功率放大电路，用作电视机 伴音功率放大器。
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2) 电源供给的功率 理想情况下，电源供给的功率为 实际测量时，可用下式求出：
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3) 功率放大器的效率 理想情况下，互补对称功率放大器的效率为 实际测量值为
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(四) 实训内容 1. 调整直流工作状态 令ui=0，配合调节RP1、RP2，用万用表或示波器分别测
量A、B、C点的电位UA、UB、UC，使UC=UCC/2，UAB等于 V2、V3两管死区电压之和。
(5.2.2)
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2) 直流电源供给的功率PU 由于每个电源只供给半个周期的电流，因此两个电源供 给的功率为
(5.2.3)
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可见输出电压幅值越大，电源供给功率也越大。在输出 电压幅值足够大时，功放管处于尽限运用状态，可忽略管子 的饱和压降UCES，有UCEM≈UCC，故此时电源供给最大功率， 为
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3. 非线性失真要小 功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅 度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性区， 造成输出波形的非线性失真，因此，功率放大器比小信号的 电压放大器的非线性失真问题严重。在实际应用中，有些设 备(如测量系统、电声设备)对失真问题要求很严，因此，要 采取措施减少失真，使之满足负载的要求。
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由 (5.2.7)
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将上式对UCEM求导并令其为零，得 即
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(5.2.8)
UCEM满足式(5.2.8)时，功放管管耗最大。由此式可看见， 并非输出功率最大时功放管产生的管耗最大。将式(5.2.8)代 入式(5.2.7)，可求得最大管耗为
(5.2.9)
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例5.2.1 在图5.2.1所示的双电源乙类互补对称功放电 路中，设 UCC=12 V，RL=8 Ω，试求：
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图5.2.2 乙类互补对称电路图解 (a) NPN管输出特性; (b) PNP管输出特性; (c)两管特性曲线合成
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1) 输出功率Po 在电阻负载RL上，输出功率等于输出电压有效值与输出 电流有效值之积，即
(5.2.1)
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在输入信号足够大时，可使输出电压幅值最大，输出功 率最大。此时功放管处于尽限运用状态，可忽略功放管的饱 和压降UCES，即有UCEM=UCC－UCES≈UCC，因此，最大输出 功率为
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图5.3.2为TDA2030的外形图及常用应用电路(OCL形式)。
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图5.3.2 TDA2030外形图及常用应用电路 (a) TDA2030外形图；(b) TDA2030常用应用电路(OCL形式)
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3. LA4102 LA4102是LA4100系列集成功放中的一个品种，使用电 源电压范围为6～13 V。它在9 V电源、4 Ω负载下最大可输 出2.1 W的功率, 常用于FM/AM收音机、录音机、扩音机、 对讲机等的功放级。该器件采用双列直插式塑料封装，其各 管脚含义见表5.3.2。其典型应用电路如图5.3.3所示。
(1) 当输入信号足够大，使集电极电压能够充分运用时 的Pom、PUm、ηm、 PV；
(2) 当输入信号电压有效值为4 V时的Po、PU、η、PV; (3) 若三极管饱和压降UCES=1 V，不可忽略，再计算(1) 问中各量。
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解 (1) 输入信号足够大时，忽略管子饱和压降，输出 电压幅值约等于电源电压，可输出最大功率。由式(5.2.2)， 最大输出功率为
所用电源为+UCC、－UCC两个电源。图中V1、V2是两个特 性一致的NPN型和PNP型三极管。
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图5.2.1 双电源乙类互补对称功率放大器
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2. 分析计算 由于功放管工作在大信号状态，故采用图解法进行分析。 设V1、V2的输出特性如图5.2.2(a)、(b)所示，图中A′Q、 B′Q分别为它们的交流负载线。
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图5.4.2 OTL互补对称功率放大器实际应用电路
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3. 集成功率放大器实际应用电路 袖珍式放音机、收音机、便携式收录机等，为了实现整 机小型化，需要低电压音频功率放大电路。荷兰飞利浦公司 生产的TDA7050T集成功率放大电路外形尺寸小，外接元件 少，可用来组装薄型机。其接线图如图5.4.3所示。
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图5.3.1 LM386的应用接线图
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2. TDA2030 TDA2030是一种音质较好的集成功放，与性能类似的其 它产品相比，它的引脚较少、外部元件较少、电气性能稳定 而可靠，具有过载保护热切断保护电路，若输出过载(甚至 是长时间过载)或短路，均能起保护作用，不会损坏器件。 在单电源使用时，散热片可直接固定在金属板上与地线相通， 无需绝缘，十分方便。该器件适用于收录机及高传真 立体声扩音装置中作音频功率放大器。其主要参数如表5.3.1 所示。
由式(5.2.4)得，电源供给最大功率为
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此时的效率为 双管总管耗为
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(2) 若输入电压有效值为4 V，即其幅值为 考虑到射极输出器的输出电压近似
等于输入电压，故 Uom≈Uim =5.7 V，输出功率为
电源供给功率为
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效率为 双管的管耗为
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(3) 若三极管饱和压降不可忽略，则Pom、PUm、ηm、 PV的计算如下：
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5.2.2 单电源乙类互补对称功率放大器 图5.2.1所示互补对称功率放大器中需要正、负两个电源。
但在实际电路中，如收音机、扩音机中，为了简化，常采用 单电源供电。为此，可采用图5.2.3所示单电源供电的互补对 称功率放大器。
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图5.2.3 单电源乙类互补对称功率放大器
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5.2.3 甲乙类互补对称功率放大器 甲乙类互补对称功率放大器将电路中的功放管设置为甲
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图 5.2.6 复合管互补对称功率放大器
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5.3 集成功率放大器
1. LM386 LM386是一种通用型集成功率放大器，它的特点是频带 宽(可达几百千赫)、静态功耗低(电源为6 V时为24 mW)、适 用的电源电压范围宽(4~16 V)、外接电路简单，因而广泛用 于收音机、对讲机、方波和正弦波发生器等。其应用接线图 如图5.3.1所示。
2. 观察交越失真 在输入端加入f=1 kHz的正弦信号。调整输入信号幅度， 与此同时用示波器观测输出信号波形，到输出波形幅度适合 观测时，固定输入信号，记录下输出波形。
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3. 测量最大不失真输出功率 在输入端加入f=1 kHz的正弦信号ui，ui的幅度逐渐加大， 与此同时用示波器观察输出电压uo的波形，至uo最大又不出 现削波为止。用毫伏表或示波器测量负载两端的电压uo，并 由uo、RL值计算最大不失真输出功率Po实。
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5.1.2 功率放大器的分类 功率放大器通常是根据功放管工作点选择的不同来进行
分类的，分为甲类放大、乙类放大和甲乙类放大等形式。
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图5.1.1 功率放大器的分类 (a) 甲类；(b) 乙类；(c) 甲乙类
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5.2 互补对称功率放大器
5.2.1 双电源乙类互补对称功率放大器 1. 电路原理 双电源乙类互补对称功率放大器电路如图5.2.1所示，其