第一篇：低頻功率放大電路[小編推薦]

第6章 低頻功率放大電路

在實(shí)際的放大電路中，無(wú)論是分立元件放大器還是集成放大器，其末級(jí)都要求輸出較大的功率以便驅(qū)動(dòng)如音響放大器中的揚(yáng)聲器、電視機(jī)的顯像管和計(jì)算機(jī)監(jiān)視器等功率型負(fù)載。能夠?yàn)樨?fù)載提供足夠大功率的放大電路稱(chēng)為功率放大電路，簡(jiǎn)稱(chēng)功放。

功率放大電路按構(gòu)成放大電路器件的不同可分為分立元件功率放大電路和集成功率放大電路。由分立元件構(gòu)成的功率放大電路，電路所用元器件較多，對(duì)元器件的精度要求也較高。輸出功率可以做得比較高。采用單片的集成功率放大電路，主要優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，設(shè)計(jì)生產(chǎn)比較方便，但是其耐電壓和耐電流能力較弱，輸出功率偏小。

功率放大電路按放大信號(hào)的頻率，可分為高頻功率放大電路和低頻功率放大電路。前者用于放大射頻范圍（幾百千赫茲到幾十兆赫茲）的信號(hào)，后者用于放大音頻范圍（幾十赫茲到幾十千赫茲）的信號(hào)。本章主要討論的是低頻功率放大電路。

6.1 功率放大器的一般問(wèn)題

6.1.1功率放大器的特點(diǎn)及主要指標(biāo)

從能量控制和轉(zhuǎn)換的角度來(lái)看，功率放大電路和一般的放大電路沒(méi)有本質(zhì)的區(qū)別。但功率放大電路上既有較大的輸出電壓，同時(shí)也有較大的輸出電流，其負(fù)載阻抗一般相對(duì)較小，輸出功率要求盡可能大。因此從功率放大電路的組成和分析方法，到電路元器件的選擇，都與前幾章所討論的小信號(hào)放大電路有很大的區(qū)別。低頻功率放大器的主要指標(biāo)有以下幾項(xiàng)：

1．提供盡可能高的輸出功率Po

功率放大器的主要要求之一就是輸出功率要大。為了獲得較大的輸出功率，要求功率放大管（簡(jiǎn)稱(chēng)功放管）既要輸出足夠大的電壓，同時(shí)也要輸出足夠大的電流，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

所謂最大輸出功率，是指在輸入正弦信號(hào)時(shí)，輸出波形不超過(guò)規(guī)定的非線性失真指標(biāo)時(shí)，放大電路最大輸出電壓和最大輸出電流有效值的成積，即：

Po?UoIo?Uom2?Iom2?12Uom?Iom

2．提供盡可能高的功率轉(zhuǎn)換效率

功率放大器實(shí)質(zhì)上是一個(gè)能量轉(zhuǎn)換器，它將直流電源提供的功率轉(zhuǎn)換成交流信號(hào)的能量提供給負(fù)載，但同時(shí)還有一部分功率消耗在功率管上并產(chǎn)生熱量。

所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源提供的直流總功率的比值，其定義為

??PoPV

（6.1）

式中，Po為輸出信號(hào)功率，PV為直流總功率。顯然，? 越大越好，但總有0≤? ≤1。設(shè)功放管的損耗功率為PVT，則有

PV =Po+PVT

（6.2）

式（6.2）表明，提高效率? 可以在保持輸出功率Po不變的情況下降低損耗功率PVT。

值得注意的是，效率越低，輸出功率就越低，相對(duì)的消耗在電路內(nèi)部的損耗功率也就越124 高，這部分電能使元器件和功率管的溫度升高，對(duì)電路的工作造成不利。

3．非線性失真要小

功率放大器是在大信號(hào)下工作，電壓電流擺動(dòng)幅度很大，所以不可避免地產(chǎn)生非線性失真。而同一功率管的輸出功率越大，非線性失真也就越嚴(yán)重。在實(shí)際應(yīng)用中，我們應(yīng)根據(jù)負(fù)載的不同要求來(lái)選擇重點(diǎn)，如在音響和測(cè)量設(shè)備中應(yīng)盡量減小非線性失真。而在控制繼電器和驅(qū)動(dòng)電機(jī)等工業(yè)控制場(chǎng)合，允許有一定的非線性失真，而以輸出功率為主要目的。

4．功率管的散熱要好

在功率放大器中，即使最大限度地提高效率?，仍有相當(dāng)大的功率消耗在功率管上，使其溫度升高。為了充分利用允許的管耗，使管子輸出的功率足夠大，就必須研究功率管的散熱問(wèn)題。為了功率管的工作安全，必須給它加裝散熱片。功率管裝上散熱片后，可使其輸出功率成倍提高。

6.1.2功率放大電路工作狀態(tài)的分類(lèi)

電路測(cè)試42 基本放大電路效率的測(cè)量

（見(jiàn)9.6）

功率放大電路按放大器中三極管靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)置的不同，可以分為甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)三種。如圖6-1所示。

圖6-1 功率放大電路的三種工作狀態(tài)

a）甲類(lèi)

b）甲乙類(lèi)

c）乙類(lèi)

甲類(lèi)功率放大電路通常將工作點(diǎn)設(shè)置在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，放大管在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)都導(dǎo)通，有電流流過(guò)。甲類(lèi)功放的導(dǎo)通角為θ=360°。

在甲類(lèi)放大器中，當(dāng)工作點(diǎn)確定之后，不管有無(wú)交流信號(hào)輸入，直流電源提供的功率PV始終是恒定的，且為直流電壓VCC與直流電流IC之積，PV?VCCIC

因此，由式（6.2）容易理解，當(dāng)交流輸出功率Po越小時(shí)，管子及電阻上損耗的功率即無(wú)用功

率PVT反而越大，這種損耗功率通常以熱量的形式耗散出去。也就是說(shuō)，在沒(méi)有信號(hào)輸出時(shí)，放大器的負(fù)荷恰恰是最重的，最有可能被熱擊穿，顯然這是極不合理的。

甲類(lèi)功放的最大缺點(diǎn)是效率低下，可以證明在理想情況下，甲類(lèi)放大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。實(shí)際的甲類(lèi)放大器的效率通常在10%以下。如果能做到無(wú)信號(hào)時(shí)，三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，電源不提供電流，只在有信號(hào)時(shí)電源才提供電流。把電源提供的能量大部分用到負(fù)載上，整體效率就會(huì)提高很多。按照此要求設(shè)計(jì)的放大器就是乙類(lèi)功率放大器。乙類(lèi)功率放大電路通常將工作點(diǎn)設(shè)置在截至區(qū)，放大管在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)僅有半個(gè)周期導(dǎo)通，有電流流過(guò)。乙類(lèi)功放的導(dǎo)通角為θ=180°。

甲乙類(lèi)功率放大電路通常將工作點(diǎn)設(shè)置在放大區(qū)內(nèi)，但很接近截至區(qū)，放大管在整個(gè)輸入信號(hào)周期內(nèi)有大半個(gè)周期導(dǎo)通，有電流流過(guò)。甲乙類(lèi)功放的導(dǎo)通角為180°≤θ≤360°。

甲乙類(lèi)和乙類(lèi)放大器的效率大大提高，因此甲乙類(lèi)和乙類(lèi)放大器主要用于功率放大電路中。

功率放大電路還有丙類(lèi)，丁類(lèi)等。丙類(lèi)放大器一般用在高頻發(fā)射機(jī)的諧振功率放大電路中，其導(dǎo)通角為θ≤180°。丁類(lèi)放大器工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，由于其工作效率高而得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用。

6.2 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

6.2.1 OCL電路的組成

乙類(lèi)放大電路雖然管耗小，有利于提高效率，但存在嚴(yán)重的失真，只有半個(gè)周期導(dǎo)通，即輸出信號(hào)只有半個(gè)波形。常用兩個(gè)對(duì)稱(chēng)的乙類(lèi)放大電路，一個(gè)放大正半周信號(hào)，而另一個(gè)放大負(fù)半周信號(hào)，從而在負(fù)載上得到一個(gè)合成的完整波形，這種兩管交替工作的方式稱(chēng)為推挽工作方式，這種電路稱(chēng)為乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)推挽功率放大電路。

電路測(cè)試43 基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的測(cè)試（見(jiàn)9.6）

功率放大器的基本電路如圖6-2a所示，該電路中，VT1和VT2分別為NPN型管和PNP型管，兩管的基極和發(fā)射極分別相互連接在一起，信號(hào)從基極輸入，從射極輸出，RL為負(fù)載。這個(gè)電路可以看成是由圖6-2b，6-2c兩個(gè)射極輸出器組合而成。

圖6-2 兩射極輸出器組成的基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

a）基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

b）由NPN管組成的射極輸出器

c）由PNP管組成的射極輸出器

（1）靜態(tài)分析

當(dāng)輸入信號(hào)ui=0時(shí)，兩個(gè)三級(jí)管都工作在截至區(qū)，此時(shí)的靜態(tài)工作電流為零，負(fù)載上無(wú)126 電流流過(guò)，輸出電壓為零。輸出功率為零。

（2）動(dòng)態(tài)分析

當(dāng)信號(hào)處于正半周時(shí)，VT2截止，VT1放大，有電流通過(guò)負(fù)載RL；而當(dāng)信號(hào)處于負(fù)半周時(shí)，VT1截止，VT2放大，仍有電流通過(guò)負(fù)載RL。負(fù)載RL上流過(guò)的電流是一個(gè)完整的正弦波信號(hào)。

在電路完全對(duì)稱(chēng)的理想情況下，負(fù)載電阻上的直流電壓為零，因此，不必采用耦合電容來(lái)隔直流，所以，該電路稱(chēng)為無(wú)輸出電容電路（OCL電路）。

6.2.2 OCL電路的性能分析

參見(jiàn)圖6-2a，為分析方便起見(jiàn)，設(shè)晶體管是理想的，兩管完全對(duì)稱(chēng)，其導(dǎo)通電壓UBE = 0，飽和壓降UCES = 0。則放大器的最大輸出電壓振幅為VCC，最大輸出電流振幅為VCC?RL，且在輸出不失真時(shí)始終有ui = uo。

1.輸出功率Po

設(shè)輸出電壓的幅值為Uom，有效值為Uo；輸出電流的幅值為Iom，有效值為Io。則

Po?UoIo?Uom2?Iom2RL12?122I2omRL?Uom2RL

2（6.3）

當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，使Uom=Uim =VCC ?UCES≈VCC時(shí)，可得最大輸出功率

Po?Pom??UomRL?VCC2RL2

（6.4）

2.直流電源供給的功率PV

由于VT1和VT2在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)均為半周導(dǎo)通，因此直流電源VCC供給的功率為

PV1?

??12?1?0?0VCC?iC1d(?t)

?2??VCC?ICmsin?td(?t)

?2?1?0VCC?UomRLsin?td(?t)

?VCCUom?RL

因?yàn)橛姓?fù)兩組電源供電，所以總的直流電源供給的功率為

PV?2VCCUom?RL2πVCCRL2

（6.5）

當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，即Uom≈VCC時(shí)，得電源供給的最大功率為

PVm???1.27Pom

（6.6）

3.效率?

??PoPV??4?UomVCC

（6.7）

當(dāng)輸出電壓幅值達(dá)到最大，即Uom≈VCC時(shí)，得最高效率

?m?

PomPVm??4?78.5%

（6.8）

這個(gè)結(jié)論是假定互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路工作在乙類(lèi)，且負(fù)載電阻為理想值，忽略管子的飽和壓降UCES和輸入信號(hào)足夠大（Uim≈Uom≈VCC）情況下得來(lái)的，實(shí)際效率比這個(gè)數(shù)值要低些。

4.管耗PVT

兩管的總管耗為直流電源供給的功率PV與輸出功率Po與之差 即

PVT?PV?Po?2VCCUom?RL?Uom2RL2

2Uom?2?VCCUom

???

（6.9）??RL??4??

顯然，當(dāng)ui =0即無(wú)輸入信號(hào)時(shí)，Uom =0, Po, 管耗PVT和直流電源供給的功率PV 均為0。5.最大管耗和最大輸出功率的關(guān)系

電路測(cè)試44 基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路最大管耗的測(cè)量（見(jiàn)9.6）

當(dāng)輸出電壓幅度最大時(shí)，雖然功放管電流最大但管壓降最小，故管耗不是最大；當(dāng)輸出電壓為零時(shí)，雖然功放管管壓降最大但集電極電流最小。故管耗也不是最大。由式（6.7）知，管耗PVT是輸出電壓幅值Uom的一元二次函數(shù)，存在極值。對(duì)式（6.7）求導(dǎo)可得

dPVT/dUom?Uom?2?VCC???

RL??2?令dPVT/dUom?0，則：

VCC??Uom2?02?

（6.10）

Uom?式（6.10）表明，當(dāng)輸出電壓Uom?2?VCCVCC?0.6VCC時(shí)具有最大管耗。

將式（6.10）代入式（6.7）可得最大管耗為：

2??2VCC??22?V???222VCC?VCC1?2VCC11??CC???????

（6.11）?2?2??2??RL??RLRL??4?????????PVT1m而最大輸出功率Pom?12?VCCRL2，則每管的最大管耗和電路的最大輸出功率具有如下的關(guān)系

PVT1m?1VCC?22RL?0.2Pom

（6.12）

式（6.12）常用來(lái)作為乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路選擇管子的依據(jù)，例如，如果要求輸出功率為5W，則只要用兩個(gè)額定管耗大于1W的管子就可以了。

需要指出的是，上面的計(jì)算是在理想情況下進(jìn)行的，實(shí)際上在選管子的額定功耗時(shí)，還要留有充分的余地。

功放管消耗的功率主要表現(xiàn)為管子結(jié)溫的升高。散熱條件越好，越能發(fā)揮管子的潛力，增加功放管的輸出功率。因而，管子的額定功耗還和所裝的散熱片的大小有關(guān)。必須為功放管配備合適尺寸的散熱器。

6.2.3 功率晶體管的選擇

在選擇功率晶體管時(shí)，必須考慮晶體管的最大集電極功耗PCM、最大管壓降VBR, CEO、最大集電極電流ICM。

① 每只功率管的最大允許管耗PCM必須大于實(shí)際工作時(shí)的PVT1m。

② 由于乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路中得一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)，另一個(gè)晶體管截止。當(dāng)輸出電壓達(dá)到最大不失真輸出幅度時(shí)，截止管所承受的反向電壓為最大，且近似等于2 VCC。因此，應(yīng)選用擊穿電壓VBR, CEO?2VCC的功率管。

③ 通過(guò)功率晶體管的最大集電極電流為VCC/RL，選擇功率晶體管的最大允許的集電極電流應(yīng)滿足ICM>VCC/RL。

【例6-1】已知乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放電路如圖6-2a所示，設(shè)VCC=24V，RL=8?試求： ① 估算其最大輸出功率Pom以及最大輸出時(shí)的PV、PVT1和效率?，并說(shuō)明該功率放大電路對(duì)功率晶體管的要求。

② 放大電路在? = 0.6時(shí)的輸出功率Po的值。解

① 求Pom 由式（6.4）可求出

Pom?12?VCCRL2?(24V)22?8??36W

而通過(guò)晶體管的最大集電極電流，晶體管的c, e極間的最大壓降和它的最大管耗分別為

ICm?VCCRL?24V8??3AUCEm?2VCC?48VPVT1m?0.2Pom?0.2?36W?7.2W

功率晶體管的最大集電極電流ICM必須大于3A，功率管的擊穿電壓VBR, CEO必須大于48V，功率管的最大允許管耗PCM必須大于7.2W。

② 求? =0.6時(shí)的Po值。由式（6.6）可求出

Uom?4VCC??UomRL2?4?24V?0.6?(18.3V)8?2?18.3V

則

Po?12??12??20.9W

6.2.4 OTL電路和BTL電路

OCL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的特點(diǎn)是：雙電源供電、由于電路無(wú)需輸出電容所以電路可以放大變化較緩慢的信號(hào)，頻率特性較好。但由于負(fù)載電阻直接連在兩個(gè)晶體管的發(fā)射極上，假如靜態(tài)工作點(diǎn)失調(diào)或電路內(nèi)元器件損壞，負(fù)載上有可能因獲得較大的電流而損壞，實(shí)際電路中可以在負(fù)載回路中接入熔斷絲。

OCL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路具有很多優(yōu)點(diǎn)，但是采用雙電源的供電方式很不方便，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路也可采用單電源供電，即為OTL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路。

OTL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路如圖6-3所示，VT1和VT2組成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功放的輸出電路，信號(hào)從基極輸入，發(fā)射極輸出；VT1為前置放大級(jí)，RL為負(fù)載，C1為耦合電容，C2為輸出端所接的大電容，由于VT1和VT2對(duì)稱(chēng)，所以靜態(tài)時(shí)大電容C2上的電壓為VCC/2，所以C2可以作為一個(gè)電源使用，C2還有隔直流的作用。

OTL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路雖然少用一個(gè)電源，但由于大電容C2的存在，使電路對(duì)不同頻率的信號(hào)會(huì)產(chǎn)生不同的相移，輸出信號(hào)會(huì)產(chǎn)生失真。OTL電路的分析計(jì)算方法和OCL基本相同，只要把前面推導(dǎo)出的計(jì)算公式中的VCC換成VCC/2即可。

+VCCRCRB1iC1VT1C2+VCCVT1VT2VT3iLRLCEiC2uoRLuoVT3C1RB2uiVT2VT4uiRE

圖6-3 OTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

圖6-4 BTL互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

OCL電路和OTL電路的特點(diǎn)是效率高，但不足是電源利用率不高，電路中負(fù)載上獲得的最大輸出電壓值只有所加電源電壓的一半，電路的輸出功率將受到電源電壓的限制。為了提高電源的利用率，使負(fù)載上獲得較大的功率，可以采用平衡式無(wú)輸出變壓器電路，又稱(chēng)為BTL電路。

BTL乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路如圖6-4所示，VT1和VT2，VT3和VT4分別組成一對(duì)互補(bǔ)管，BTL電路由兩組對(duì)稱(chēng)電路組成，RL為負(fù)載；信號(hào)從基極輸入，發(fā)射極輸出。靜態(tài)時(shí)，負(fù)載上RL的輸出為零。輸入信號(hào)ui正半周時(shí)，晶體管VT1和VT4導(dǎo)通，輸出電壓最大值約為VCC，輸入信號(hào)ui負(fù)半周時(shí)，晶體管VT2和VT3導(dǎo)通，輸出電壓最大值約為VCC。輸出功率為：

Po?Pom?12?UomRL2?VCC2RL2

可以證明，在同樣大小的電源電壓的負(fù)載的情況下，BTL電路的效率近似為78.5%。最大輸出功率是OTL電路的四倍。其輸出也不需要接耦合電容。其缺點(diǎn)是所用的晶體管數(shù)目較多。

6.3甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路

6.3.1 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的失真

電路測(cè)試45 基本互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路失真的測(cè)試（見(jiàn)9.6）

前面所討論的乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路（圖6-5a所示）在實(shí)際應(yīng)用中還存在一些缺陷，主要是晶體管沒(méi)有直流偏置電流，因此只有當(dāng)輸入電壓大于晶體管導(dǎo)通電壓（硅管約為0.7V，鍺管約為0.2V）時(shí)才有輸出電流，當(dāng)輸入信號(hào)ui低于這個(gè)數(shù)值時(shí)，VT1和VT2都截止，iC1和iC2130 基本為零，負(fù)載RL上無(wú)電流通過(guò)，出現(xiàn)一段死區(qū)，如圖6-5b所示。這種現(xiàn)象稱(chēng)為交越失真。解決這一問(wèn)題的辦法就是預(yù)先給晶體管提供一較小的基極偏置電流，使晶體管在靜態(tài)時(shí)處于微弱導(dǎo)通狀態(tài)，即甲乙類(lèi)狀態(tài)。

圖6-5 工作在乙類(lèi)的雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

a）電路

b）形成交越失真的原理

6.3.2 甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路 1.甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

圖6-6所示為采用二極管作為偏置電路的甲乙類(lèi)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。該電路中，VD1, VD2上產(chǎn)生的壓降為互補(bǔ)輸出級(jí)VT1、VT2提供了一個(gè)適當(dāng)?shù)钠珘?，使之處于微?dǎo)通的甲乙類(lèi)狀態(tài)，且在電路對(duì)稱(chēng)時(shí)，仍可保持負(fù)載RL上的直流電壓為0；而VD1、VD2導(dǎo)通后的交流電阻也較小，對(duì)放大器的線性放大影響很小。另外，VT3通常構(gòu)成驅(qū)動(dòng)級(jí)，為簡(jiǎn)明起見(jiàn)，其基極偏置電路在這里未畫(huà)出。

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

圖6-6 利用二極管進(jìn)行偏置的圖6-7 利用恒壓源電路進(jìn)行偏置的

采用二極管作為偏置電路的缺點(diǎn)是偏置電壓不易調(diào)整。圖6-7所示為利用恒壓源電路進(jìn)行偏置的甲乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。該電路中，由于流入VT4的基極電流遠(yuǎn)小于流過(guò)R1, R2的電流，因此可求出為VT1, VT2提供偏壓的VT4管的UCE4??1?R1/R2?UBE4，而VT4管的UBE4基本為一固定值，即UCE4相當(dāng)于一個(gè)不受交流信號(hào)影響的恒定電壓源，只要適當(dāng)調(diào)節(jié)R1, R2的

比值，就可改變VT1, VT2的偏壓值，這是集成電路中經(jīng)常采用的一種方法。

2.甲乙類(lèi)單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

在有些要求不高而又希望電路簡(jiǎn)化的場(chǎng)合，可以考慮采用一個(gè)電源的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，如圖6-8所示。該電路中，C為大電容，正常工作時(shí)，可使N點(diǎn)直流電位UN =VCC/2，而大電容C對(duì)交流近似短路，因此C上的電壓uC≈UC =UN =VCC/2。當(dāng)信號(hào)ui輸入時(shí)，由于VT3組成的前置放大級(jí)具有倒相作用，因此，在信號(hào)的負(fù)半周，VT1導(dǎo)電，信號(hào)電流流過(guò)負(fù)載RL，同時(shí)向C充電；在信號(hào)的正半周，VT2導(dǎo)電，則已充電的C起著雙電源電路中的?VCC的作用，通過(guò)負(fù)載RL放電并產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)電流。即只要選擇時(shí)間常數(shù)RLC足夠大（遠(yuǎn)大于信號(hào)的最大周期），單電源電路就可以達(dá)到與雙電源電路基本相同的效果。

那么，如何使N點(diǎn)得到穩(wěn)定的直流電壓UN =VCC/2？在該電路中，VT3管的上偏置電阻R2的一端與N點(diǎn)而不是與M點(diǎn)相連，即引入直流負(fù)反饋，因此只要適當(dāng)選擇R1, R2的阻值，就可以使N點(diǎn)直流電壓穩(wěn)定并容易得到UN =VCC/2。值得指出，R1, R2還引入了交流負(fù)反饋，使放大電路的動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)得到了改善。

圖6-8 單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路

需要特別指出的是，采用單電源的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，由于每個(gè)管子的工作電壓不是原來(lái)的VCC，而是VCC/2（輸出電壓最大也只能達(dá)到約VCC/2），所以前面導(dǎo)出的計(jì)算Po, PVT, PV和PVTm的公式中的VCC要以VCC/2代替。

6.4 集成功率放大器

電路測(cè)試46 集成功率放大器的測(cè)試（見(jiàn)9.6）

集成功率放大器由功率放大集成塊和一些外部阻容元件構(gòu)成。它具有線路簡(jiǎn)單，性能優(yōu)越，工作可靠，調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)，額定輸出功率從幾瓦至幾百瓦不等。已經(jīng)成為音頻領(lǐng)域中應(yīng)用十分廣泛的功率放大器。

集成功率放大器中最主要的組件是功率放大集成塊，功率放大集成塊內(nèi)部通常包括有前置級(jí)、推動(dòng)級(jí)和功率級(jí)等幾部分電路，一般還包括消除噪聲、短路保護(hù)等一些特殊功能的電路。

功率放大集成塊的種類(lèi)繁多，近年來(lái)市場(chǎng)上常見(jiàn)的主要有以下三家公司的產(chǎn)品：

① 美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司（NSC）的產(chǎn)品，其代表芯片有LM1875、LM1876、LM3876、132 LM3886、LM4766、LM386等。

② 荷蘭飛利浦公司（PHILIPS）的的產(chǎn)品，其代表芯片有TDA15××系列，比較著名的有TDA1514、TDA1521。

③ 意—法微電子公司（SGS）的的產(chǎn)品，其代表芯片有TDA20××系列，以及DMOS管的TDA7294、TDA7295、TDA7296等。

美國(guó)國(guó)家半導(dǎo)體公司的小功率音頻功率放大集成電路LM386因?yàn)槠渫鈬娐繁容^簡(jiǎn)單，雙列直插式封裝，8個(gè)引腳，單電源供電，電源電壓范圍廣（4V～12V 或 5V～18V）。功耗低，在6V電源電壓下，它的靜態(tài)功耗僅為24mW。輸入端以地位參考，同時(shí)輸出端被自動(dòng)偏置到電源電壓的一半。頻帶較寬（300KHZ），輸出功率0.3W～0.7W，最大可達(dá)2W。LM386主要應(yīng)用于低電壓消費(fèi)類(lèi)產(chǎn)品，特別適用于電池供電的場(chǎng)合。

圖6-9所示為L(zhǎng)M386集成功率放大器的其內(nèi)部電路，該電路中由差動(dòng)放大電路構(gòu)成輸入級(jí)，其電路形式為雙端輸入-單端輸出結(jié)構(gòu)。共射放大電路構(gòu)成中間放大級(jí)，VT9和VT10構(gòu)成互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路的輸出級(jí)。采用單電源供電的OTL電路形式。內(nèi)部自帶有反饋回路，電阻R7從輸出端連接至輸入級(jí)，與R5，R6組成反饋網(wǎng)絡(luò)，形成電壓串聯(lián)交直流負(fù)反饋?？梢苑€(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)，減小失真。VT8，VD1，VD2的作用是為VT9，VT10提供適當(dāng)?shù)闹绷髌?，以防止VT9，VT10產(chǎn)生交越失真。I為恒流源，作為中間級(jí)的負(fù)載。

R⑧⑦15k?15k?增益調(diào)節(jié)C①I(mǎi)⑥電源R4接旁路電容R4150?R51.35k?R615k?R7VT10VD1⑤輸出反相輸入VT1VT3VT2VT6VT4同相輸入②VT5③VD2VT850k?輸入級(jí)R150k?中間級(jí)輸出級(jí)R2VT7VT9④地

圖6-9 LM386集成功率放大器內(nèi)部電路

圖6-10a所示為L(zhǎng)M386集成功率放大器的引腳圖，②腳為反相輸入端，③腳為同相輸入端，⑤腳為輸出端，⑥腳接電源+VCC，④腳接地，⑦腳接一個(gè)旁路電容，一般取10μF, ①腳和⑧腳之間增加一只外接電阻和電容，便可使電壓增益調(diào)為任意值（LM386電壓增益可調(diào)范圍為20～200），最大可調(diào)至200。若①腳和⑧腳之間開(kāi)路，則電壓放大倍數(shù)為內(nèi)置值為20；若①腳和⑧腳之間只接一個(gè)10μF的電容，則電壓放大倍數(shù)可達(dá)200；如圖6-10b所示為L(zhǎng)M386集成功率放大器的典型應(yīng)用電路圖中若R=1.2k?的電阻，C=10μF的電容時(shí)，電壓放大倍數(shù)可達(dá)50；使用時(shí)，可通過(guò)調(diào)節(jié)電阻R的大小來(lái)調(diào)節(jié)電壓放大倍數(shù)的大小。

增益旁路電源輸出調(diào)節(jié)電容+VCC6R1874CE10μF8765uinC5100μF23C2LM3861234地LM38610k?RW1μF100?C1R1增益反相同相調(diào)節(jié)輸入輸入(a)(b)

圖6-10 LM386集成功率放大器的引腳圖和典型應(yīng)用電路

a）LM386外形引腳排列

b）LM386典型應(yīng)用電路

LM386在和其它電路結(jié)合使用時(shí)有可能產(chǎn)生自激，對(duì)于高頻自激，可在輸入端和地之間，引腳8與地之間加接一個(gè)小電容；對(duì)于低頻自激，可在輸入端與地之間接一電阻，同時(shí)加大電源腳（6腳）的濾波電容。

選擇功率放大集成塊時(shí)主要應(yīng)注意芯片的輸出功率、供電類(lèi)型、最大、最小供電電壓和典型供電電壓值。其次主要考慮的因素有放大倍數(shù)（增益）的大小、效率的高低，還要考慮芯片總諧波失真的大小、頻率特性、輸入阻抗和負(fù)載電阻的大小，最后還要考慮外圍電路的復(fù)雜程度。

6.5 功率器件

1.功率晶體管

如圖6-11示為典型的功率晶體管外形示意圖。為保證功率晶體管散熱良好，通常晶體管有一個(gè)大面積的集電結(jié)并與熱傳導(dǎo)性能良好的金屬外殼保持緊密接觸。在很多實(shí)際應(yīng)用中，還要在金屬外殼上再加裝散熱片，甚至在機(jī)箱內(nèi)功率管附近安裝冷卻裝置，如電風(fēng)扇等。

圖6-11 功率晶體管的外形圖

（1）功率晶體管的熱擊穿

在功率放大電路中，給負(fù)載輸送功率的同時(shí)，管子本身也要消耗一部分功率，這部分功率主要消耗在晶體管的集電結(jié)上（因?yàn)榧娊Y(jié)上的電壓最高，一般可達(dá)幾伏到幾十伏以上，而發(fā)射結(jié)上的電壓只有零點(diǎn)幾伏），并轉(zhuǎn)化為熱量使管子的結(jié)溫升高。當(dāng)結(jié)溫升高到一定程度（鍺管一般約為90℃，硅管約為150℃）以后，就會(huì)使管子因過(guò)熱擊穿而永久性損壞，因而輸出功率受到管子允許的最大管耗的限制。值得注意的是，管子允許的功耗與管子的散熱情況有密切的關(guān)系。如果采取適當(dāng)?shù)纳岽胧?，就有可能充分發(fā)揮管子的潛力，增加功率管的輸134 出功率。反之，就有可能使晶體管由于結(jié)溫升高而被損壞。所以解決好功率晶體管的散熱問(wèn)題，對(duì)于提高功率放大器的整機(jī)性能具有重要的意義。

（2）功率晶體管的二次擊穿

在實(shí)際工作中，常發(fā)現(xiàn)功率晶體管的功耗并未超過(guò)允許的PCM值，管子本身的溫度也并不高（不燙手），但功率晶體管卻突然失效或者性能顯著下降。這種損壞的原因，有可能是由于二次擊穿所造成的。下面就二次擊穿問(wèn)題進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹。

二次擊穿現(xiàn)象可以用圖6-11說(shuō)明。當(dāng)集電極電壓UCE逐漸增加時(shí)，首先出現(xiàn)一次擊穿現(xiàn)象，如圖6-11中AB段所示，這種擊穿就是正常的雪崩擊穿。當(dāng)擊穿出現(xiàn)時(shí)，只要適當(dāng)限制功率晶體管的電流（或功耗），且進(jìn)入擊穿的時(shí)間不長(zhǎng)，功率晶體管并不會(huì)損壞。所以一次擊穿（雪崩擊穿）具有可逆性。一次擊穿出現(xiàn)后，如果繼續(xù)增大iC到某數(shù)值，晶體管的工作狀態(tài)將以毫秒級(jí)甚至微秒級(jí)的速度移向低電壓大電流區(qū)，如圖6-12中BC段所示，BC段相當(dāng)于二次擊穿。二次擊穿的結(jié)果也是一種永久性損壞。

圖6-12 晶體管的二次擊穿現(xiàn)象

產(chǎn)生二次擊穿的原因至今尚不完全清楚。一般來(lái)說(shuō)，二次擊穿是一種與電流、電壓、功率和結(jié)溫都有關(guān)系的效應(yīng)。它的物理過(guò)程多數(shù)認(rèn)為是由于流過(guò)晶體管結(jié)面的電流不均勻，造成結(jié)面局部高溫（稱(chēng)為熱斑），因而產(chǎn)生熱擊穿所致。這與晶體管的制造工藝有關(guān)。

晶體管的二次擊穿特性對(duì)功率管，特別是外延型功率管，在運(yùn)用性能的惡化和損壞方面起著重要影響，因此在電路設(shè)計(jì)參數(shù)選擇時(shí)必須考慮二次擊穿的因素。如增大功率余量、改善散熱情況、選用較低的電源電壓、不要將負(fù)載開(kāi)路或短路、輸入信號(hào)不要突然增大、對(duì)功率管采取適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

（3）功率晶體管的安全工作區(qū)

為了保證功率管安全工作，主要應(yīng)考慮功率晶體管的極限工作條件的限制，這些條件有，集電極允許的最大電流ICM、集電極允許的最大電壓UBR,CEO和集電極允許的最大功耗PCM等，另外還有二次擊穿的臨界條件。

如圖6-13陰影線內(nèi)所示為功率晶體管的安全工作區(qū)。顯然，考慮了二次擊穿以后，功率晶體管的安全工作范圍變小了。

需要指出的是，為保證功率晶體管工作時(shí)安全可靠，實(shí)際工作時(shí)的電壓、電流、功耗、結(jié)溫等各變量最大值不應(yīng)超過(guò)相應(yīng)的最大允許極限值的50%～80%。

135

6-13 功率晶體管的安全工作區(qū)

2.功率MOSFET

+ 功率MOSFET的結(jié)構(gòu)剖面圖如圖6-14所示。它以N型襯底作為漏極，在其上有一層N? 型外延層，然后在外延層上摻雜形成一個(gè)P型層和一個(gè)N+ 型層源極區(qū)，最后利用光刻的方法沿垂直方向刻出一個(gè)V形槽，在V形槽表面有一層二氧化硅并覆蓋一層金屬鋁，形成柵極。當(dāng)柵極加正電壓時(shí)，靠近柵極V形槽下面的P型半導(dǎo)體將形成一個(gè)N型反型層導(dǎo)電溝道（圖中未畫(huà)出）?？梢?jiàn)，自由電子沿導(dǎo)電溝道由源極到漏極的運(yùn)動(dòng)是縱向的，它與第3章介紹的載流子是橫向從源極流到漏極的小功率MOSFET不同。因此，這種器件被命名為VMOSFET（簡(jiǎn)稱(chēng)VMOS管）。

圖6-14 VMOSFET結(jié)構(gòu)剖面圖

參見(jiàn)圖6-14，由于VMOS管的漏區(qū)面積大，因此有利于利用散熱片散去器件內(nèi)部耗散的功率。同時(shí)溝道長(zhǎng)度（當(dāng)柵極加正電壓時(shí)在V形槽下P型層部分形成）可以做得很短（例如1.5?m），且溝道間又呈并聯(lián)關(guān)系（根據(jù)需要可并聯(lián)多個(gè)），故允許流過(guò)的電流ID很大。此外，利用現(xiàn)代半導(dǎo)體制造工藝，使VMOS管靠近柵極形成一個(gè)低濃度的N? 外延層，當(dāng)漏極與柵極間的反向電壓形成耗盡區(qū)時(shí)，這一耗盡區(qū)主要出現(xiàn)在N外延區(qū)，N區(qū)的正離子密度低，電場(chǎng)強(qiáng)度低，因而有較高的擊穿電壓。這些都有利于VMOS制成大功率器件。目前制成的VMOS產(chǎn)品，耐壓達(dá)1000V以上，最大連續(xù)電流值高達(dá)200A。

與功率BJT相比，VMOS器件具有以下優(yōu)點(diǎn)。

① 與MOS器件一樣是電壓控制電路器件，輸入電阻極高，因此所需驅(qū)動(dòng)電流極小，功136

?

? 率增益高。

② 在放大區(qū)，其轉(zhuǎn)移特性幾乎是線性的，gm基本為常數(shù)。

③ 因?yàn)槁┰措娮铚囟认禂?shù)為正，當(dāng)器件溫度上升時(shí)，電流受到限制，所以VMOS不可能有熱擊穿，因而不會(huì)出現(xiàn)二次擊穿，溫度穩(wěn)定性高。

④ 因無(wú)少子存儲(chǔ)問(wèn)題，加上極間電容小，VMOS的開(kāi)關(guān)速度快，工作頻率高，可用于高頻電路（其fT≈600MHz）或開(kāi)關(guān)式穩(wěn)壓電源等。

VMOS器件還有其他一些優(yōu)點(diǎn)，例如導(dǎo)通電阻rDS,ON≈3?。目前在VMOSFET的基礎(chǔ)上又已研制出雙擴(kuò)散VMOSFET，或稱(chēng)DMOS器件，這是新的發(fā)展方向之一。

3．功率模塊

這里所討論的功率模塊是指由若干BJT、MOSFET或BiFET（BJT-FET組合器件）組合而成的功率部件。這種功率模塊近年來(lái)發(fā)展很快，成為半導(dǎo)體器件的一支生力軍。它的突出特點(diǎn)是，大電流、低功耗，電壓、電流范圍寬，電壓高達(dá)1200V，電流高達(dá)400A?，F(xiàn)在已廣泛用于不間斷電源（UPS）、各種類(lèi)型的電機(jī)控制驅(qū)動(dòng)、大功率開(kāi)關(guān)、醫(yī)療設(shè)備、換能器、音頻功放等。

功率模塊包括BJT達(dá)林頓模塊、功率MOSFET模塊、IGBT（絕緣柵雙極型三極管）模塊等。按速度和功耗又可分為高速型和低飽和壓降型。這里以IGBT模塊為例，介紹功率模塊的結(jié)構(gòu)。

IGBT是由具有高輸入阻抗、高速的MOSFET和低飽和壓降的BJT組成的。圖6-18所示為這種IGBT結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化等效電路和器件符號(hào)。

圖6-15 IGBT的等效電路及符號(hào)

a）等效電路

b）符號(hào)

圖6-15中VT2為增強(qiáng)型MOS管，工作時(shí)，首先在施加于柵極電壓之后形成導(dǎo)電溝道，出現(xiàn)PNP管VT1的基極電流，IGBT導(dǎo)電；當(dāng)FET溝道消失，基極電流切斷，IGBT截止。

功率模塊將許多獨(dú)立的大功率BJT，MOSFET等集合在一起封裝在一個(gè)外殼中，其電極與散熱片相隔離，型號(hào)不同，電路多樣化，便于應(yīng)用。

知識(shí)小結(jié)

功率放大電路研究的重點(diǎn)是如何在允許的失真情況下，盡可能提高輸出功率和效率。

功率放大電路的特點(diǎn)是信號(hào)的電壓和電流的動(dòng)態(tài)范圍大，是在大信號(hào)下工作的，小信號(hào)的分析方甲類(lèi)功放電路的效率低，不適合作功放電路。與甲類(lèi)功率放大電路相比，乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大

法已不再使用，功率放大電路的分析方法通常采用圖解法進(jìn)行分析。電路的主要優(yōu)點(diǎn)是效率高，在理想情況下，其最大效率約為78.5%。為保證晶體管安全工作，雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路工作在乙類(lèi)時(shí)，器件的極限參數(shù)必須滿足PCM＞PVT1≈0.2Pom，?UBR,CEO?＞2VCC，ICM＞VCC/RL。

來(lái)考慮。由于晶體管輸入特性存在死區(qū)電壓，工作在乙類(lèi)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路將出現(xiàn)交越失真，克服交越失真集成功放具有體積小、電路簡(jiǎn)單、安裝調(diào)試方便等優(yōu)點(diǎn)而獲得廣泛的應(yīng)用。

為了保證器件的安全運(yùn)行，可從功率管的散熱、防止二次擊穿、降低使用定額和保護(hù)措施等方面的方法是采用甲乙類(lèi)（接近乙類(lèi)）互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路。通?？衫枚O管或三極管UBE擴(kuò)大電路進(jìn)行偏置。

思考與練習(xí)

6.1 如何區(qū)分晶體管是工作在甲類(lèi)、乙類(lèi)還是甲乙類(lèi)？畫(huà)出在三種工作狀態(tài)下的靜態(tài)工作點(diǎn)及相應(yīng)的工作波形。

6.2 在甲類(lèi)、乙類(lèi)和甲乙類(lèi)放大電路中，放大管的導(dǎo)通角分別等于多少？它們中哪一類(lèi)放大電路效率高？

6.3 由于功率放大電路中的晶體管常處于接近極限工作狀態(tài)，因此，在選擇晶體管時(shí)必須特別注意哪3個(gè)參數(shù)？

6.4 有人說(shuō)：“在功率放大電路中，輸出功率最大時(shí)，功放管的功率損耗也最大。”這種說(shuō)法對(duì)嗎？設(shè)輸入信號(hào)為正弦波，對(duì)于工作在甲類(lèi)的功率放大輸出級(jí)和工作在乙類(lèi)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率輸出級(jí)來(lái)說(shuō)，這兩種功放分別在什么情況下管耗最大？

6.5 與甲類(lèi)功率放大電路相比，乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的主要優(yōu)點(diǎn)是什么？ 6.6 乙類(lèi)互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路的效率在理想情況可達(dá)到多少？

6.7 設(shè)采用雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，如果要求最大輸出功率為5W，則每只功率晶體管的最大允許管耗PCM至少應(yīng)多大？

6.8 在圖6-8所示電路中，用二極管VD1和VD2的管壓降為VT1和VT2提供適當(dāng)?shù)钠茫O管具有單向?qū)щ姷奶匦?，此時(shí)輸入的交流信號(hào)能否通過(guò)此二極管從而也為VT1和VT2供給交流信號(hào)？并說(shuō)明理由。

6.9 設(shè)放大電路的輸入信號(hào)為正弦波，問(wèn)在什么情況下，電路的輸出出現(xiàn)飽和及截止的失真？在什么情況下出現(xiàn)交越失真？用波形示意圖說(shuō)明這兩種失真的區(qū)別。

6.10 在輸入信號(hào)正弦波作用下，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路輸出波形是否有可能出現(xiàn)線性（即頻率）失真？為什么？ 6.11 在單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路中，能用式（6.4）～（6.12）直接計(jì)算輸出功率、管耗、電源供給的功率、效率并選擇管子嗎？

6.12 在圖6-16所示電路中，設(shè)晶體管的?=100，UBE=0.7V，UCES=0，ICEO=0，電容C對(duì)交流可視為短路。輸入信號(hào)ui為正弦波。

① 計(jì)算電路可能達(dá)到的最大不失真輸出功率Pom。② 此時(shí)RB應(yīng)調(diào)節(jié)到什么阻值？

③ 此時(shí)電路的效率?為多少？試與工作在乙類(lèi)的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路比較。

6.13 雙電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路如圖6-17所示，已知VCC=12V，RL=16?，ui為正弦波。

① 求在晶體管的飽和壓降UCES可以忽略不計(jì)的條件下，負(fù)載上可能得到的最大輸出功率Pom。② 每個(gè)管子允許的管耗PCM至少應(yīng)為多少？ ③ 每個(gè)管子的耐壓?UBR, CEO?應(yīng)大于多少？

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圖6-16 習(xí)題6.12圖

圖6-17 習(xí)題6.13圖

6.14 參見(jiàn)圖6-17所示電路，設(shè)ui為正弦波，RL=8?，要求最大輸出功率Pom = 9W。晶體管的飽和壓降UCES可以忽略不計(jì)，求：

① 正、負(fù)電源VCC的最小值。

② 根據(jù)所求VCC最小值，計(jì)算相應(yīng)的最小值ICM、?UBR,CEO?。③ 輸出功率最大（Pom =9W）時(shí)，電源供給的功率PV。④ 每個(gè)管子允許的管耗PCM的最小值。

⑤ 當(dāng)輸出功率最大（Pom =9W）時(shí)所要求的輸入電壓有效值。

6.15 參見(jiàn)圖6-17所示電路，管子在輸入信號(hào)ui作用下，在一周內(nèi)VT1和VT2輪流導(dǎo)通約180°，電源電壓VCC=20V，負(fù)載RL=8?，試計(jì)算：

① 在輸入信號(hào)Ui=10V（有效值）時(shí)，電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率。② 當(dāng)輸入信號(hào)Ui的幅值Uim=VCC =20V時(shí)，電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率和效率。6.16 一單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路如圖6-18所示，設(shè)ui為正弦波，RL=8?，管子的飽和壓降UCES可以忽略不計(jì)。試求最大不失真輸出功率Pom（不考慮交越失真）為9W時(shí)，電源電壓VCC至少應(yīng)為多大？

圖6-18習(xí)題6.16圖

6.17 參見(jiàn)圖6-8所示單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)電路，設(shè)VCC=12V，RL = 8?，C的電容量很大，ui為正弦波，在忽略管子飽和壓降UCES情況下，試求該電路的最大輸出功率Pom。

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第二篇：功率放大電路教案

功率放大電路的特點(diǎn)及類(lèi)型

[教學(xué)目的] 掌握互補(bǔ)功率放大電路的工作原理,熟悉實(shí)際功放OCL電路

[教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn)] 互補(bǔ)功率放大電路的最大輸出功率、轉(zhuǎn)換效率和最大輸出

[教學(xué)內(nèi)容]

一、主要特點(diǎn)

1.由于輸出電壓或輸出電流的幅度較大，功率放大電路必須工作在大信號(hào)條件下，因而容易產(chǎn)生非線性失真。如何盡量減小輸出信號(hào)的失真是首先要考慮的問(wèn)題。

2.輸出信號(hào)功率的能量來(lái)源于直流電源，應(yīng)該考慮轉(zhuǎn)換的效率。

3.半導(dǎo)體器件在大信號(hào)條件下運(yùn)用時(shí)，電路中應(yīng)考慮器件的過(guò)熱、過(guò)流、過(guò)壓、散熱等一系列問(wèn)題，因此要有適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)措施。

二、基本類(lèi)型

功率放大電路主要有互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式和變壓器耦合推挽式兩種類(lèi)型。

1、互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式

OTL功率放大器要求輸入端(T1、T2基極)上的靜態(tài)電壓也為Vcc/2，即VI=(VCC/2)+Vi。單電源互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器增加了一只大容量(幾百～幾千微法)的電解電容。當(dāng)靜態(tài)時(shí)(Vi=0)，T1和T2都截止。它們的射極電壓為V cc /2，所以電容C上充有Vcc/2的電壓，輸出Vo=-Vc=0。信號(hào)Vi為正半周時(shí)，T1導(dǎo)電，使T2截止，負(fù)截RL上流過(guò)正半周電流；信號(hào)為負(fù)半周時(shí)，電容器C上的電壓Vcc/2作為電源，T2導(dǎo)電，T1截止，負(fù)載上流過(guò)負(fù)半周信號(hào)電流。所以電容C要有足夠大的容量，使得在信號(hào)負(fù)半周時(shí)能提供出較大的電流?；パa(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器由于在靜態(tài)條件下T1和T2都處于截止?fàn)顟B(tài)，所以它的靜態(tài)功耗為零，但在動(dòng)態(tài)時(shí)存在嚴(yán)重的交越失真。為了克服交越失真，必須給互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大電路設(shè)置一定的靜態(tài)工作點(diǎn)(使信號(hào)Vi=0時(shí)，T1、T2管都處于微導(dǎo)電狀態(tài))。根據(jù)靜態(tài)工作點(diǎn)的不同設(shè)置，互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)功率放大器可以工作在乙類(lèi)功放，即導(dǎo)電角θ=180°；甲類(lèi)功放，即導(dǎo)電角θ=360°和甲乙類(lèi)功放，即導(dǎo)電角在θ=180°～360°。

2.變壓器耦合推挽式

變壓器耦合的突出優(yōu)點(diǎn)是，通過(guò)改變變壓器的變比，能找到一個(gè)最佳的等效負(fù)載(此時(shí)輸出功率最大，且不失真)。并且，在不提高電源電壓的條件下，可以使輸出電壓的幅度Vom超過(guò)電源電壓。

[小結(jié)] 1.功率放大電路是在電源電壓確定的情況下,以輸出最大不失真的信號(hào)功率各具有盡可能高的轉(zhuǎn)換效率為組成原則,功放管常常工作在盡限應(yīng)用狀態(tài)。2.低頻功放電路有變壓器耦合乙類(lèi)推換電路、OTL電路、OCL電路和BTL電路。

[復(fù)習(xí)] 1.功放電路的性能指標(biāo):最大輸出電壓、最大輸出功率和效率

2.功放電路的分類(lèi):甲類(lèi)、乙類(lèi)、甲乙類(lèi)、丙類(lèi)和丁類(lèi) 變壓器耦合、OTL、OCL和BTL

第三篇：低頻電路期末試卷1

模擬綜合試卷一

一． 填充題

1． 集成運(yùn)算放大器反相輸入端可視為虛地的條件是a，b。

2． 通用運(yùn)算放大器的輸入級(jí)一般均采用察動(dòng)放大器，其目的是a ,b。

3． 在晶體三極管參數(shù)相同，工作點(diǎn)電流相同條件下，共基極放大電路的輸入電阻比共射放大電路的輸入電阻。

4． 一個(gè)NPN晶體三極管單級(jí)放大器，在測(cè)試時(shí)出現(xiàn)頂部失真，這是 失真。

5． 工作于甲類(lèi)的放大器是指導(dǎo)通角等于，乙類(lèi)放大電路的導(dǎo)通角等于，工作于甲乙類(lèi)時(shí)，導(dǎo)通角為。

6．甲類(lèi)功率輸出級(jí)電路的缺點(diǎn)是，乙類(lèi)功率輸出級(jí)的缺點(diǎn)是 故一般功率輸出級(jí)應(yīng)工作于狀態(tài)。

7． 若雙端輸入，雙端輸出理想差動(dòng)放大電路，兩個(gè)輸入電壓ui1=ui2,則輸出電壓為 V；若ui1=1500μV, ui2=500μV，則差模輸入電壓uid為 μV，共模輸入信號(hào)uic為 μV。

8． 由集成運(yùn)放構(gòu)成的反相比例放大電路的輸入電阻較 同相比例放大電路的輸入電阻較。9． 晶體三極管放大器的電壓放大倍數(shù)在頻率升高時(shí)下降，主要是因?yàn)?的影響。

10． 在共射、共集、共基三種組態(tài)的放大電路中，組態(tài)電流增益最； 組態(tài)電壓增益最??； 組態(tài)功率增益最高； 組態(tài)輸出端長(zhǎng)上承受最高反向電壓。頻帶最寬的是 組態(tài)。二． 選擇題

1．晶體管參數(shù)受溫度影響較大，當(dāng)溫度升高時(shí)，晶體管的β，ICBO,uBE的變化情況為（）。

A．β增加，ICBO,和 uBE減小 B.β和ICBO增加，uBE減小 C．β和uBE減小，ICBO增加 D.β、ICBO和uBE都增加 2．反映場(chǎng)效應(yīng)管放大能力的一個(gè)重要參數(shù)是（）A.輸入電阻 B.輸出電阻 C.擊穿電壓 D.跨導(dǎo) 3．雙端輸出的茶分放大電路主要（）來(lái)抑制零點(diǎn)飄移。A.通過(guò)增加一級(jí)放大 B.利用兩個(gè)

C.利用參數(shù)對(duì)稱(chēng)的對(duì)管子 D.利用電路的對(duì)稱(chēng)性

4．典型的差分放大電路由雙端輸出變?yōu)閱味溯敵觯材ｋ妷悍糯蟊稊?shù)（）。A.變大 B.變小 C.不變 D.無(wú)法判斷

5．差分放大電路的共模抑制比KCMR越大，表明電路（）A.放大倍數(shù)越穩(wěn)定 B.交流放大倍數(shù)越大 C.直流放大倍數(shù)越大 D.抑制零漂的能力越強(qiáng)

6．負(fù)反饋放大電路以降低電路的（）來(lái)提高嗲路的其他性能指標(biāo)。A.帶寬 B.穩(wěn)定性 C.增益 D.輸入電阻 7．為了使運(yùn)放工作于線性狀態(tài)，應(yīng)（）A.提高輸入電阻 B.提高電源電壓 C.降低輸入電壓 D.引入深度負(fù)反饋

8．在正弦振蕩電路中，能產(chǎn)生等幅振蕩的幅度條件是（）。A.àF=1 B.àF> C.àF<1 D.àF=1 9．振蕩電路的振蕩頻率，通常是由（）決定 A.放大倍數(shù) B.反饋系數(shù)

C.穩(wěn)定電路參數(shù) D.選頻網(wǎng)絡(luò)參數(shù)

10．在串聯(lián)型線性穩(wěn)定電路中，比較放大環(huán)節(jié)放大的電壓是（）A.取樣電壓與基準(zhǔn)電壓之差 B.基準(zhǔn)電壓 C.輸入電壓 D.取樣電壓 三．分析計(jì)算題

1，如圖所示的放大電路中，已知Rb1=16kΩ, Rb2=11kΩ, Rc1=0.5kΩ, Rc2=2.2kΩ, RE1=0.2kΩ, RE2=2.2kΩ, RL=2.2kΩ，β=80, uBE=0.7V, VCC=24V。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)

（2）w畫(huà)出微變等效電路（3）電壓發(fā)達(dá)倍數(shù)

（4）輸入電阻Ri、輸出電阻Ro

2.如圖所示為N溝道結(jié)型結(jié)構(gòu)的場(chǎng)效應(yīng)管放大電路中，已知VP=-4v，IDSS=1mA，VDD=16v，RG1=160kΩ,，RG2=40kΩ，RG=1MΩ，RD=10kΩ，RS=8kΩ，RL=1MΩ。試求：（1）靜態(tài)工作點(diǎn)Q（2）畫(huà)出微變等效電路（3）電壓放大倍數(shù)Au

（4）輸入電阻Ri、輸出電阻Ro 3．如下圖所示的反饋電路，試求：

（1）用瞬時(shí)極性法在電路圖上標(biāo)出極性，并指出反饋的類(lèi)型；（2）說(shuō)明反饋對(duì)輸入電阻和輸出電阻的影響；（3）在深度負(fù)反饋條件下的閉環(huán)電壓放大倍數(shù)。

4．如圖所示的運(yùn)算放大電路中，已知R1 =R2=10k, R5=15k, R3 =R4= R6 =30k, RF3=30k, RFi =RF2=10k, E1=3V, E2=4V, E3=3V。試求：

（1）指出A1、A2、A3運(yùn)算放大功能；

（2）計(jì)算輸出電壓uo1、和 uo。

uo2 5．如圖所示的單相橋式電容濾波整流電路，交流電源頻率f=50Hz, 負(fù)載電阻RL=120Ω,要求：直流電壓uo=30v, 試選擇整流元件及濾波電容C。

第四篇：低頻電路期末試卷3

模擬電路綜合試題三

一．填空題

1．雙極型晶體管工作在放大區(qū)偏置條件是 增強(qiáng)型N溝道的場(chǎng)效應(yīng)管工作在放大區(qū)的偏置條件是。

2．射極跟隨器具有，，等三個(gè)特點(diǎn)。3．差分放大電路的基本功能是。

4．在信號(hào)源內(nèi)阻，負(fù)載電阻大的場(chǎng)合，欲改善放大電路的性能，應(yīng)采用 反饋。5．在阻容耦合放大電路中，若要降低下限頻率，應(yīng)將耦合電容的值。6．要消除基本共發(fā)射極放大電路產(chǎn)生的飽和失真，應(yīng)將靜態(tài)工作電流。7．乙類(lèi)推挽放大電路的主要失真是，要消除此失真，應(yīng)改用。8．理想運(yùn)算放大器工作在線性放大區(qū)時(shí)具有 和 特性。二．選擇題

1． 在一個(gè)由NPN型晶體管構(gòu)成的放大電路中,關(guān)于晶體管三個(gè)電極的電位,下列說(shuō)法正確的是()A． 集電極電位一定最高 B.集電極電位一定最低

C．發(fā)射極電位一定最高 D.基極電位一定最低 2． 直接耦合多級(jí)放大電路（）。

A．只能放大直流信號(hào) B.只能放大交流信號(hào) C．既能放大直流信號(hào)也能放大交流信號(hào) D.既不能放大直流信號(hào)也不能放大交流信號(hào)

3． N溝道結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管中的載流子是（）A．自由電子 B.空穴 C.電子和空穴 D.帶電離子 4．對(duì)于結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)管，柵源極之間的PN結(jié)（）。

A． 必須正偏 B.必須零偏 C.必須反偏 D.可以任意偏置 5．通用型集成運(yùn)放輸入極通常采用（）電路

A．差分放大 B.互補(bǔ)推挽 C.基本共射極放大 D.電流源

6.差分放大電路由雙端輸入變?yōu)閱味溯斎?，差模電壓放大倍?shù)（）。A.增加一倍 B.減小一半 C.不變 D.按指數(shù)規(guī)律變化 7．之流負(fù)反饋在電路中的主要作用是（）A．提高輸入電阻 B.降低輸出電阻 C.增大電路增益 D.穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)

8．為了穩(wěn)定放大電路的輸出電壓，那么對(duì)于高內(nèi)阻的信號(hào)源來(lái)說(shuō)，放大電路應(yīng)引入（）負(fù)反饋。A.電流串聯(lián) B.電流并聯(lián) C.電壓串聯(lián) D.電壓并聯(lián) 三．分析與計(jì)算題

1．如圖所示，放大電路中，已知VCC=15V, Rs=0.5KΩ Rb1=40KΩ Rb2=20KΩ Rc=2KΩ RE1=0.2KΩ RE2=1.8KΩ RL=2KΩ β=50 UBE=0.7V。試求：（１）電路的靜態(tài)工作點(diǎn)（２）畫(huà)出微變等效電路（３）輸入電阻Ri和輸出電壓Ro

（４）電壓放大倍數(shù)Au和源電壓放大倍數(shù)Aus

2．由N溝道耗盡型場(chǎng)效應(yīng)管組成的電路如下圖所示。設(shè)UGSQ=-0.2V, Gm=1.2ms。試求：（１）電路中的靜態(tài)工作點(diǎn)IDQ和UGSQ之值

'（２）畫(huà)出微變等效電路圖（３）電壓放大倍數(shù)áu

（４）輸入電阻Ri和輸出電阻RO 4.電路如下圖所示，試求：

（１）在電路圖上標(biāo)出反饋的極性并指反饋的類(lèi)型

（２）在深度的條件下，寫(xiě)出電路能滿足（R1+R2）?R的條件下，輸出電流iO與輸入

電壓Ｕi的關(guān)系式

5．如圖所示的電路中，已知R1=RW=10KΩ,R2=20KΩ,U1=1V,設(shè)A為理想運(yùn)算放大器，起輸出電壓最大值為12V,試分別求出當(dāng)電位器RW的滑動(dòng)端移到最上端、中間位置和最下端時(shí)的輸出電壓ＵO的值。

第五篇：?jiǎn)渭?jí)低頻小信號(hào)放大電路

單級(jí)低頻小信號(hào)放大電路

一、理解電路原理、和的作用：的作用：、組成什么反饋：什么作用：組成什么反饋：什么作用：的作用：的作用：的作用：

二、實(shí)驗(yàn)結(jié)果、測(cè)出三極管

極對(duì)地電位，判斷三極管工作區(qū)域、輸入端接，峰峰值為的正弦波，測(cè)出輸出端的峰峰值，算出放大倍數(shù)：去掉，輸入端接，峰峰值為的正弦波，測(cè)出輸出端的峰峰值，算出放大倍數(shù)：哪個(gè)放大倍數(shù)大：、輸入端接，峰峰值慢慢變大的正弦波，查看輸出端波形變化，出現(xiàn)什么現(xiàn)象？、輸入端接，峰峰值的正弦波，調(diào)節(jié)，查看輸出端波形變化，出現(xiàn)什么現(xiàn)象？