1、第九章第九章 功率放大電路功率放大電路9.1功率放大電路功率放大電路概述概述9.2互補功率放大電路互補功率放大電路9.3功率放大電路功率放大電路的安全運行的安全運行9.4集成功率放大集成功率放大電路電路第第三三版版童童詩詩白白第第三三版版童童詩詩白白本章重點和考點：本章重點和考點：1.重點掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率重點掌握功放的最大輸出電壓、最大輸出功率和效率的計算。和效率的計算。2.掌握集成功放的使用。掌握集成功放的使用。本章教學時數：本章教學時數：4學時學時第第三三版版童童詩詩白白本章討論的問題：本章討論的問題：1.功率放大是放大功率嗎？電壓放大電路和功率放大功率放大是放大功率嗎

2、？電壓放大電路和功率放大電路有什么區別？電路有什么區別？2.什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態？什么是晶體管的甲類、乙類和甲乙類工作狀態？3.晶體管的最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？晶體管的最大耗散功率是否是電路的最大輸出功率？晶體管的耗散功率最大時，電路的輸出功率是最大嗎？晶體管的耗散功率最大時，電路的輸出功率是最大嗎？4.互補式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？互補式功放電路的輸出功率是否為單管功放電路的二倍？第第三三版版童童詩詩白白本章討論的問題：本章討論的問題：5.在已知電源電壓相同且負載電阻也相同的情況下，在已知電源電壓相同且負載電阻也相同的情況下，如何估算出最

3、大輸出功率？如何估算出最大輸出功率？6.在已知電源電壓相同且負載電阻也相同的情況下，在已知電源電壓相同且負載電阻也相同的情況下，對于不同電路形式的功放，最大輸出功率都相同嗎？對于不同電路形式的功放，最大輸出功率都相同嗎？它們與電路中晶體管的工作狀態有關嗎？它們與電路中晶體管的工作狀態有關嗎？7.功放管和小功率放大電路中晶體管的選擇有何不同？功放管和小功率放大電路中晶體管的選擇有何不同？如何選擇？如何選擇？9.1功率放大電路功率放大電路概述概述能夠向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為能夠向負載提供足夠信號功率的放大電路稱為功率放大電路功率放大電路，簡稱，簡稱功放功放。功放既不是單純追求輸出高電壓

4、，也不是單純功放既不是單純追求輸出高電壓，也不是單純追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的追求輸出大電流，而是追求在電源電壓確定的情況下，輸出盡可能大的功率。情況下，輸出盡可能大的功率。功放電路的要求：功放電路的要求：Pomax 大大，三極管極限工作三極管極限工作 = Pomax / PV 要高要高失真要小失真要小第九章 功率放大器9.1.1功率放大電路的特點功率放大電路的特點一、主要技術指標一、主要技術指標1.最大輸出功率最大輸出功率Pom功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。是功率放大電路提供給負載的信號功率稱為輸出功率。是交流功率，表達式為交流功率，表達式為PoIoUo。最大輸

5、出功率是在電路參數確定的情況下，負載上可能最大輸出功率是在電路參數確定的情況下，負載上可能獲得的最大交流功率獲得的最大交流功率2.轉換效率轉換效率 功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之功率放大電路的最大輸出功率與電源提供的直流功率之比。比。直流功率等于電源輸出電流平均值與電壓之積。直流功率等于電源輸出電流平均值與電壓之積。3.最大輸出電壓最大輸出電壓Uom第九章 功率放大器二、功率放大電路中的晶體管二、功率放大電路中的晶體管在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，要求在功率放大電路中，為使輸出功率盡可能大，要求晶體管工作在極晶體管工作在極 限應用狀態。限應用狀態。選擇功放管時選擇功

6、放管時，要注意極限參數的選擇，還要注意其，要注意極限參數的選擇，還要注意其散散熱條件熱條件，使用時必須安裝合適的散熱片和，使用時必須安裝合適的散熱片和各種保護措施各種保護措施。晶體管集電極電流最大時接近晶體管集電極電流最大時接近ICM晶體管管壓降最大時接近晶體管管壓降最大時接近U（BR）CEO晶體管耗散功率最大時接近晶體管耗散功率最大時接近PCM三、功率放大電路的分析方法三、功率放大電路的分析方法采用圖解法采用圖解法第九章 功率放大器9.1.2功率放大電路的組成功率放大電路的組成一、為什么共射放大電路不宜用作功率放大電路一、為什么共射放大電路不宜用作功率放大電路圖圖9.1.1 (a)共射放大電

7、路共射放大電路圖圖9.1.1輸出功率和效率的圖解分析輸出功率和效率的圖解分析直流電源提供的直流功率為直流電源提供的直流功率為ICQ VCC即圖中矩形即圖中矩形ABCO的面積。的面積。集電極電阻集電極電阻RC的功率損耗為的功率損耗為I2CQRC 即圖中矩形即圖中矩形QBCD的面積。的面積。晶體管集電極耗散功率為晶體管集電極耗散功率為ICQ UCEQ即圖中矩形即圖中矩形AQDO的面積。的面積。1.無輸入信號作用時無輸入信號作用時第九章 功率放大器圖圖9.1.1輸出功率和效率的圖解分析輸出功率和效率的圖解分析2.在輸入信號為正弦波時，在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波若集電極電流也為正弦波

8、直流電源提供的直流功率不變直流電源提供的直流功率不變負載電阻負載電阻RL上所獲得的功率上所獲得的功率PO僅為僅為P/Om的一部分。的一部分。R/L(=RC/RL)上獲得的最大上獲得的最大交流功率交流功率P/Om為為)(21)2(20LCQCQLCQmRIIRIP即圖中三角形即圖中三角形QDE的面積的面積共射放大電路輸出功率小，效率低共射放大電路輸出功率小，效率低（25） ，不宜作功放。，不宜作功放。第九章 功率放大器二、變壓器耦合功率放大電路二、變壓器耦合功率放大電路傳統的功放為變壓器耦合式電路傳統的功放為變壓器耦合式電路電源提供的功率為電源提供的功率為PVICQ VCC ，全部消耗在管子上。

9、全部消耗在管子上。則可作出交流負載線則可作出交流負載線RL等效到原邊的電阻為等效到原邊的電阻為LLRNNR221)(變壓器原邊線圈電阻變壓器原邊線圈電阻可忽略不計，直流負可忽略不計，直流負載線載線 垂直于橫軸且過垂直于橫軸且過(VCC ，0)。第九章 功率放大器CCCQCCCQmVIVIP21220在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為在理想變壓器的情況下，最大輸出功率為即三角形即三角形QAB的面積的面積在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波在輸入信號為正弦波時，若集電極電流也為正弦波直流電源提供的功率不變直流電源提供的功率不變電路的最大效率為電路的最大效率為: Pom / PV =50

10、第九章 功率放大器實用的變壓器功率放大電路實用的變壓器功率放大電路希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號希望輸入信號為零時，電源不提供功率，輸入信號愈大，負載獲得的功率也愈大，電源提供的功率也愈大，負載獲得的功率也愈大，電源提供的功率也隨之增大，從而提高效率。隨之增大，從而提高效率。變壓器耦合乙類推挽功率放大電路變壓器耦合乙類推挽功率放大電路圖圖9.13(a)變壓器耦合乙類推挽功率放大電路變壓器耦合乙類推挽功率放大電路同類型管子同類型管子在電路中交在電路中交替導通的方式稱為替導通的方式稱為“推推挽挽”工作方式。工作方式。無輸入信號，三管截止無輸入信號，三管截止有輸入信號，三管交替有輸入信

11、號，三管交替導通導通第九章 功率放大器功率放大電路的分類功率放大電路的分類在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據在放大電路中，若輸入信號為正弦波時，根據晶體管晶體管在信號整個周期內在信號整個周期內導通情況導通情況分類分類甲類甲類( ( 2 ) ) tiCO Icm 2 ICQ tiCO Icm 2 ICQ乙類乙類( ( ) ) tiCO Icm ICQ2 甲乙類甲乙類( ( 0時時 ，T1和和T4導通，導通， T2和和T3 截止，負載上獲得正截止，負載上獲得正半周電壓；半周電壓；當當 ui 0 T1 導通導通 T2 截止截止iC1io = iE1 = iC1, uO = iC1RLui 0

12、T2 導通導通 T1 截止截止iC1io = iE2 = iC2, uO = iC2RLui = 0 T1 、 T2 截止截止9.2互補功率放大電路互補功率放大電路目前使用最廣泛的功放是目前使用最廣泛的功放是OTL電路和電路和OCL電路電路若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產生若考慮三極管的開啟電壓，輸出波形將產生交越失真交越失真。動畫動畫avi17-3.avi第九章 功率放大器二、消除交越失真的二、消除交越失真的OCL電路的工作原理電路的工作原理 tiC0 ICQ1ICQ2消除交越失真思路：消除交越失真思路：圖9.2.2消除交越失真的消除交越失真的OCL電路電路RLRD1D2T1T2+VCC

13、+ui +uo VCCV5uiui = 0，給給 T1、T2 提供靜態電壓提供靜態電壓UB1、B2UD1UD2UR2U UB1B1、B2B2略大于略大于T T1 1管發射結和管發射結和T T2 2管發射結開啟電壓之和，兩管管發射結開啟電壓之和，兩管均處于微導通狀態，即都有一個微小的基極電流，分別為均處于微導通狀態，即都有一個微小的基極電流，分別為I IB1B1和和I IB2B2 。靜態時應調節靜態時應調節 ，使使為為0,0,即即為為0 0。動畫動畫avi17-2.avi第九章 功率放大器當當 ui = 0 時，時，T1、T2 微導通。微導通。當當 ui 0 ( ( 至至 ) )， T1 微導通

14、微導通 充分充分導通導通 微導通；微導通；T2 微導通微導通 截止截止 微導通。微導通。當當 ui 0 ( ( 至至 ) )， T2 微導通微導通 充分導通充分導通 微導通；微導通； T1 微導通微導通 截止截止 微導通。微導通。當輸入信號為正弦交流電時當輸入信號為正弦交流電時圖圖9.2.3 T1和和T2 管在管在ui作用下輸入作用下輸入特性中的圖解分析特性中的圖解分析二管導通的時間都比輸入信號的二管導通的時間都比輸入信號的半個周期更長，功放電路工作在半個周期更長，功放電路工作在甲乙類狀態。甲乙類狀態。第九章 功率放大器9.2.2OCL電路的輸出功率及效率電路的輸出功率及效率當輸入電壓足夠大，

15、且又不產生飽和失真的圖解分析當輸入電壓足夠大，且又不產生飽和失真的圖解分析圖圖9.2.4OCL電路的圖解分析電路的圖解分析圖中圖中I 區為區為T1管的輸出特性，管的輸出特性， II 區為區為T2管的輸出特性；管的輸出特性；二只管子的靜態電流很小，二只管子的靜態電流很小，可認為可認為Q點在橫軸上。點在橫軸上。Uop = VCC UCES最大輸出電壓幅值最大輸出電壓幅值最大不失真輸出電壓的有效值最大不失真輸出電壓的有效值2UVUCESCCOm動畫動畫avi17-1.avi第九章 功率放大器最大輸出功率最大輸出功率L2CESCCLO2OR2UVRUP）（mm電源電源VCC提供的電流提供的電流tisi

16、nRUVLCESCCC電源在負載獲得最大交流功率時所消耗的電源在負載獲得最大交流功率時所消耗的平均功率等平均功率等于其平均電流與電源電壓之積。于其平均電流與電源電壓之積。0CCLCESCCVVsinRUV1PtdtLCESCCCCVRUVV2P）（轉換效率轉換效率CCCESCCVOVUV4PPm理想情況下，理想情況下， UCES可忽略；但大功率管可忽略；但大功率管UCES較大，不能忽略較大，不能忽略第九章 功率放大器復習：復習：1.功放電路的性能指標：功放電路的性能指標： 最大輸出電壓、最大輸出功率和效率最大輸出電壓、最大輸出功率和效率 2.功放電路的分類：功放電路的分類： 甲類、乙類、甲乙類

17、、丙類和丁類甲類、乙類、甲乙類、丙類和丁類 變壓器耦合、變壓器耦合、OTL、OCL和和BTL3.OCL功放的性能指標：功放的性能指標：2UVUCESCCOmUop = VCC UCESL2CESCCLO2OR2UVRUP）（mmLCESCCCCVRUVV2P）（CCCESCCVOVUV4PPm第九章 功率放大器%5 .784VUV4PPCCCESCCVOm9.2.3OCL電路中晶體管的選擇電路中晶體管的選擇一、最大管壓降一、最大管壓降UCEmax=2VCC 二、集電極最大電流二、集電極最大電流LCES1CCEmaxCmaxRUV IILCCCmaxRVI三、集電極最大功耗三、集電極最大功耗）（

18、4UUVR1sinRU)sinUV(2121POM2OMCCL00LOMOMCCTttdttdiuCCE如何求如何求PT的最大功率？的最大功率？RLRD1D2T1T2+VCC+ui +uo VCCV5ui第九章 功率放大器CCCCOMV6 . 0V2U0，可以求得，令OMTdUdPm0L2CC2maxTP2 . 0RVP晶體管集電極最大功耗僅為最大輸出功率的五分之一。晶體管集電極最大功耗僅為最大輸出功率的五分之一。在查閱手冊選擇晶體管時，應使極限參數在查閱手冊選擇晶體管時，應使極限參數BUCEO2VCCICMVCC/RLPCM0.2Pom 第九章 功率放大器例例9.2.1在圖在圖9.2.2所示

19、電路中已知所示電路中已知VCC 15V，輸入電壓輸入電壓為正弦波，晶體管的飽和管壓降為正弦波，晶體管的飽和管壓降UCES 3V，電壓放大倍數電壓放大倍數約為約為1，負載電阻，負載電阻RL 4歐，歐，（1）求解負載上可能獲得的最大功）求解負載上可能獲得的最大功率和效率率和效率（2）若輸入電壓最大有效值為）若輸入電壓最大有效值為8V，則負載上能夠獲得的最大功率為多少。則負載上能夠獲得的最大功率為多少。解解（1）Wmm18R2UVRUPL2CESCCLO2O）（628. 0VUV4PPCCCESCCVOm（2）因為）因為UOUi，所以所以UOm8V。最大輸出功率最大輸出功率Wmm1648RUP2LO

20、2ORLRD1D2T1T2+VCC+ui +uo VCCV5ui9.4集成功率放大電路集成功率放大電路OTL、OCL和和BTL電路均有各種不同電壓增益多種型號電路均有各種不同電壓增益多種型號的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。的集成電路。只需外接少量元件，就可成為實用電路。9.4.1集成功率放大電路分析集成功率放大電路分析LM386是一種音頻集成功放，具有功耗小，電壓增益是一種音頻集成功放，具有功耗小，電壓增益可調節，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真可調節，電源電壓范圍大，外接元件少和總諧波失真小等優點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。小等優點，廣泛應用于錄音機和收音機之中。掌

21、握集成功放的電路組成，工作原理、主要性能指標和掌握集成功放的電路組成，工作原理、主要性能指標和典型運用。典型運用。第九章 功率放大器一、一、LM386內部電路內部電路圖圖9.4.1LM386內部電路原理圖內部電路原理圖第一級差分放大電路第一級差分放大電路（雙入單出）（雙入單出）第二級共射放大電路第二級共射放大電路（恒流源作有源負載）（恒流源作有源負載）第三級第三級OTL功放電路功放電路輸出端應外接輸出電輸出端應外接輸出電容后再接負載。容后再接負載。電阻電阻R7從輸出端連接到從輸出端連接到T2的發射極形成反饋通道，并與的發射極形成反饋通道，并與R5和和R6構成反饋網絡，引入深度電壓串聯負反饋。構

22、成反饋網絡，引入深度電壓串聯負反饋。第九章 功率放大器二、二、LM386的電壓放大倍數的電壓放大倍數1.當引腳當引腳1和和8之間開路時之間開路時Uf=UR5+UR6Ui/2 OiOfUURRRRRUUF276565202)1 (2657657RRRRRRUUAiOu2.當引腳當引腳1和和8之間外接電阻之間外接電阻R時時RRRRAu/26573.當引腳當引腳1和和8之間對交流信號相當于短路時之間對交流信號相當于短路時200257RRAu4.在引腳在引腳1和和5之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數之間外接電阻，也可改變電路的電壓放大倍數657)/(2RRRRAu電壓放大倍數可以調節，電壓放大倍數可以調節，調節范圍為調節范圍為20200。三、三、LM386引腳圖引腳圖圖圖9.4.2LM386的外形和