5.1功率放大電路概述

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

5.3集成功率放大器5.4功率管和功率器件的安全使用5.1功率放大電路概述5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電11.了解低頻功率放大電路特點(diǎn)，理解交越失真產(chǎn)生的原因、消除方法。2.熟悉互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，了解OCL、OTL區(qū)別及應(yīng)用，會(huì)估算輸出功率，會(huì)估算功放管主要參數(shù)。3.理解復(fù)合管組成原則，會(huì)判別復(fù)合管的管型。4.了解常用集成功率放大器（LM386、TDA2030等）性能特點(diǎn)及使用方法，會(huì)估算集成功放電路閉環(huán)增益。5.選學(xué)BTL電路原理。6.了解功率放大管二次擊穿和熱致?lián)舸┈F(xiàn)象、功率管及功率器件保護(hù)措施。1.了解低頻功率放大電路特點(diǎn)，理解交越失真產(chǎn)生的原因、消除2在我們平時(shí)使用的許多電子產(chǎn)品中如電視機(jī)、組合音響、收音機(jī)以及手機(jī)等，里面都有功率放大電路。功率放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。功率放大電路一般可分為分立元件功放和集成功放兩種。有源音箱是指帶有功率放大器的音箱，如多媒體電腦音箱、有源超重低音箱，以及一些新型的家庭影院有源音箱等，是我們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|較多的一種電子產(chǎn)品。圖5.0.1所示是漫步者R201TⅡ型2.1聲道多媒體有源音箱，在配合計(jì)算機(jī)使用時(shí)，通過(guò)電纜線與計(jì)算機(jī)聲卡的音頻輸出端相連，它對(duì)計(jì)算機(jī)聲卡送來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。取出箱內(nèi)的功放電路板，如圖5.0.2所示，可以發(fā)現(xiàn)其中的集成功率放大器芯片。

在我們平時(shí)使用的許多電子產(chǎn)品中如電視機(jī)、組合音3圖5.0.1有源音箱外觀圖5.0.2內(nèi)部功放電路板

圖5.0.1有源音箱外觀4

5.1功率放大電路概述能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路（Poweramplifier），簡(jiǎn)稱功放。

5.1.1功率放大電路特點(diǎn)和要求

一、功率放大電路的特點(diǎn)從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，功率放大電路與電壓放大電路都屬于能量轉(zhuǎn)換電路，均將電源的直流功率轉(zhuǎn)換成被放大信號(hào)的交流功率。兩種電路的比較如下表所示：5.1功率放大電路概述能夠向負(fù)載提供足夠5

二、對(duì)功率放大電路的要求1、應(yīng)有足夠大的輸出功率。2、效率要盡可能的高。3、非線性失真要小。4、功率管要采取散熱、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)等保護(hù)措施。

二、對(duì)功率放大電路的要求1、應(yīng)有足夠大的輸出功率6

5.1.2功率放大電路的分類1、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類：

圖５.1.1各類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其波形（a）工作點(diǎn)位置（b）甲類波形（c）甲乙類波形（d）乙類波形

5.1.2功率放大電路的分類1、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類72、按信號(hào)頻率分類(1)低頻本章討論(2)高頻

《高頻電路》中討論

2、按信號(hào)頻率分類(1)低頻本章討論8

5.1.3低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)Iom表示輸出電流振幅，Uom表示輸出電壓振幅。1．最大輸出功率Pom

輸出功率Po等于輸出電壓與輸出電流的有效值乘積，即

最大輸出功率Pom是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。5.1.3低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)92．效率η

η就是負(fù)載上得到的有用信號(hào)功率Po與電源供給的直流功率PV之比，即

2．效率ηη就是負(fù)載上得到的有用信10

3．非線性失真系數(shù)THD式中，Im1、Im2、Im3…和Um1、Um2、Um3…分別表示輸出電流和輸出電壓中的基波分量和各次諧波分量的振幅。

THD用來(lái)衡量非線性失真的程度，即：

3．非線性失真系數(shù)THD式中，Im1、111.乙類功放的效率比甲類功放高，為什么？2.由圖5.1.1（d）可知，乙類功放管在一個(gè)周期中有半個(gè)周期截止，會(huì)造成很大的失真，實(shí)際應(yīng)用中可以采取什么措施來(lái)減小失真？3.對(duì)功放電路有哪些要求？

1.乙類功放的效率比甲類功放高，為什么？12

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

功率放大器早期采用變壓器耦合輸出，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但體積大、傳輸損耗大，在實(shí)際中已使用不多。目前大量應(yīng)用的是無(wú)變壓器的乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。按電源供給的不同，分為雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路和單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

功率放大器13

5.2.1OCL電路

一、基本電路及其工作原理雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路又稱無(wú)輸出電容的功放電路，簡(jiǎn)稱OCL電路，其原理電路如圖5.2.1（a）所示。圖中V1、V2為導(dǎo)電類型互補(bǔ)（NPN、PNP）且性能參數(shù)完全相同的功放管。兩管均接成射極輸出電路以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。

為什么射極輸出電路具有帶負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)？

5.2.1OCL電路一14

5.2.1OCL電路

圖5.2.1OCL基本原理電路（a）基本原理電路（b）輸入信號(hào)波形（c）輸出信號(hào)波形

5.2.1OCL電路圖151、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止,故靜態(tài)電流為零，又由于兩管特性對(duì)稱，故兩管輸出端的靜態(tài)電壓為零。2、動(dòng)態(tài)工作情況電路輸入如圖5.2.1（b）所示的正弦信號(hào)。(1)在ui正半周期間，V1發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，V2發(fā)射結(jié)反偏而截止。(2)在ui負(fù)半周期間，V1發(fā)射結(jié)反偏截止，V2發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通。

V1、V2兩管分別在正、負(fù)半周輪流工作，使負(fù)載RL獲得一個(gè)完整的正弦波信號(hào)電壓，如圖5.2.1（c）所示。1、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止,故靜態(tài)16OCL電路的輸出電壓uo雖未被放大，但由于io＝ie＝（1＋β）ib，因此具有功率放大作用。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是省去了輸出耦合電容，使系統(tǒng)的低頻響應(yīng)更好；缺點(diǎn)是必須用雙電源供電，增加了電源的復(fù)雜性。此外，電路連成射極輸出器的形式，使放大器的輸入電阻高，輸出電阻很低，解決了負(fù)載電阻和放大電路輸出電阻之間的配合問(wèn)題。

OCL電路的輸出電壓uo雖未被放大，但由于i17二、電路性能參數(shù)計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，Ucem=VCC—UCE(sat)≈VCC，則

1．最大輸出功率Pom由圖可見，Iom＝Icm，Uom＝Ucem，得

二、電路性能參數(shù)計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，Ucem=VCC—U182．直流電源供給功率PV

根據(jù)富氏級(jí)數(shù)分解，周期性半波電流的平均值Iav＝Icm/π

，因此正負(fù)電源供給的直流功率

2．直流電源供給功率PV根據(jù)富氏級(jí)數(shù)分解193．管耗PC

(2)輸出最大功率時(shí)的管耗Pc1(Ucem≈Vcc)

Pc1(Ucem)≈0.137Pom。(3)最大管耗當(dāng)Ucem=時(shí)出現(xiàn)最大管耗，且為Pcm1≈0.2Pom。(1)平均管耗由于V1、V2各導(dǎo)通半個(gè)周期，且兩管對(duì)稱，故兩管的管耗相同，每只管子的平均管耗為

3．管耗PC(2)輸出最大功率時(shí)的管耗Pc204．效率當(dāng)電路輸出最大功率時(shí)，Ucem≈VCC，

4．效率當(dāng)電路輸出最大功率時(shí)，Ucem≈VCC，21

四、功放管的選擇功放管的極限參數(shù)有PCM、ICM、U（BR）CEO，應(yīng)滿足下列條件1、功放管集電極的最大允許功耗2、功放管的最大耐壓U（BR）CEO當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只管子承受的最大反向電壓為2VCC。故3、功放管的最大集電極電流四、功放管的選擇功放管的極限參數(shù)有PCM、ICM、22為減小失真，在2只功放管配對(duì)選擇的時(shí)候，對(duì)電流放大系數(shù)這個(gè)性能參數(shù)有什么要求？

為減小失真，在2只功放管配對(duì)選擇的時(shí)候，對(duì)23[例5.2.1]OCL電路的VCC＝∣－Vcc∣＝20V，負(fù)載RL＝8Ω，功放管如何選擇？

解：（1）最大輸出功率

（2）

（3）

[例5.2.1]OCL電路的VCC＝∣－Vcc∣＝20V24

五、交越失真與OCL實(shí)用電路圖5.2.2交越失真波形

乙類放大電路靜態(tài)IC為零，效率高。但只有當(dāng)信號(hào)電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)，管子才能導(dǎo)通。因此，當(dāng)信號(hào)電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，就沒有電壓輸出。因此，信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近，其波形會(huì)出現(xiàn)失真，稱為交越失真，如圖5.2.2所示。

五、交越失真與OCL實(shí)用電路圖5.2.225圖5.2.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

為了消除交越失真，應(yīng)為兩功放管提供一定的偏置，一般采用如圖5.2.3所示電路。其中，V3組成電壓放大級(jí)，Rc為其集電極負(fù)載電阻，VD1、VD2正偏導(dǎo)通，和RP一起為V1、V2提供偏壓，使V1、V2在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即處于甲乙類工作狀態(tài)。此外，VD1、VD2還有溫度補(bǔ)償作用，使V1、V2管的靜態(tài)電流基本不隨溫度的變化而變化。

圖5.2.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路為了消除交越26

電路裝配注意事項(xiàng)

在圖5.2.3的電路中，若RP、

VD1、VD2中任一元件虛焊，則從+VCC經(jīng)Rc，V1管發(fā)射結(jié)、V2管發(fā)射結(jié)、V3集電極---發(fā)射極、Re到－Vcc形成一個(gè)通路，有較大的基極電流IB1和IB2流過(guò)，從而導(dǎo)致V1、V2管因功耗過(guò)大而損壞。故常在輸出回路中串接熔斷器以保護(hù)功放管和負(fù)載。圖5.2.3中，VD1、VD2的溫度補(bǔ)償作用是如何實(shí)現(xiàn)的？

電路裝配注意事項(xiàng)27[例.5.2.2]甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖5.2.3所示，VCC＝12V，RL＝35Ω，兩個(gè)管子的UCE(sat)＝2V，試求（1）最大不失真輸出功率；（2）電源供給的功率；（3）最大輸出功率時(shí)的效率。

解：[例.5.2.2]甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖5.228

5.2.2OTL電路圖5.2.4OTL電路

1、OCL電路線路簡(jiǎn)單、效率高，但要采用雙電源供電，給使用和維修帶來(lái)不便。2、采用單電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱電路，稱為無(wú)輸出變壓器（Outputtransformerless）的功放電路，簡(jiǎn)稱OTL電路，如圖5.2.4所示。其特點(diǎn)是在輸出端負(fù)載支路中串接了一個(gè)大容量電容C2。

5.2.2OTL電路圖5.2.4OT29一、電路組成及工作原理

1．電路組成V3組成電壓放大級(jí)，Rc1為其集電極負(fù)載，V3的偏置由輸出A點(diǎn)電壓通過(guò)RP和R1提供，組成電壓并聯(lián)直流負(fù)反饋組態(tài)，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。VD1、VD2為二極管偏置電路，為V1、V2提供偏置電壓。V1、V2組成互補(bǔ)對(duì)稱電路。2．C2的作用C2容量很大，滿足RLC2>>T（信號(hào)周期），有信號(hào)輸入時(shí)，電容兩端電壓基本不變，可視為一恒定值VCC/2。該電路就是利用大電容的儲(chǔ)能作用，來(lái)充當(dāng)另一組電源－Vcc。此外，C2還有隔直作用。一、電路組成及工作原理303．工作原理該電路工作原理與OCL電路相似。(1)當(dāng)ui＜0，V1正偏導(dǎo)通，V2反偏截止。經(jīng)V1放大后的電流經(jīng)C2送給負(fù)載RL，且對(duì)C2充電，RL上獲得正半周電壓。(2)當(dāng)ui＞0，V1反偏截止，V2正偏導(dǎo)通，C2放電，經(jīng)V2放大的電流由該管集電極經(jīng)RL和C2流回發(fā)射極，負(fù)載RL上獲得負(fù)半周電壓。(3)輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2。二、電路性能參數(shù)計(jì)算

OTL電路與OCL電路相比，每個(gè)管子實(shí)際工作電源電壓不是VCC，而是VCC/2，故計(jì)算OTL電路的主要性能指標(biāo)時(shí)，將OCL電路計(jì)算公式中的參數(shù)VCC全部改為VCC/2即可。

3．工作原理該電路工作原理與OCL電路相似31二極管的基本特性是單向?qū)щ娦浴Ｔ趫D5.2.4中，負(fù)半周信號(hào)由V3倒相放大后從V3集電極送至V1的基極，經(jīng)V1電流放大后輸出，信號(hào)似乎是逆向通過(guò)VD1、VD2這兩個(gè)二極管。如何理解這個(gè)過(guò)程？二極管的基本特性是單向?qū)щ娦?。在圖5.2.432OTL電路采用單電源供電，輸出通過(guò)大容量的耦合電容與負(fù)載連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。但由于大電容的存在，使其頻率響應(yīng)變差，并且不利于電路的集成化。

OTL電路采用單電源供電，輸出通過(guò)大容量的耦335.2.3復(fù)合管在互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中的應(yīng)用

一、復(fù)合管輸出功率較大的電路，應(yīng)采用較大功率的功率管。但大功率管的電流放大系數(shù)β往往較小，且選用特性一致的互補(bǔ)管也比較困難。故在實(shí)際應(yīng)用中，用復(fù)合管（Darlingtonconnection）來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。復(fù)合管是指用兩只或多只三極管按一定規(guī)律進(jìn)行組合，等效成一只三極管，復(fù)合管又稱達(dá)林頓管。復(fù)合管的組合方式如圖5.2.5所示。5.2.3復(fù)合管在互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中的應(yīng)用34圖5.2.5復(fù)合管的組合方式（a）NPN管（b）PNP管（c）PNP管（d）NPN管

圖5.2.5復(fù)合管的組合方式35復(fù)合管具有如下特點(diǎn)：（1）復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于前一只管子：即iB向管內(nèi)流者等效為NPN管,如圖5.2.5中的a、d所示。iB向管外流者等效為PNP管，如圖5.2.5b、c所示。（2）復(fù)合管的電流放大系數(shù)β≈β1β2…。（3）組成復(fù)合管的各管各極電流應(yīng)滿足電流一致性原則，即串接點(diǎn)處電流方向一致，并接點(diǎn)處保證總電流為兩管輸出電流之和。

復(fù)合管具有如下特點(diǎn)：（1）復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于前一36

采用復(fù)合管的OTL實(shí)用電路圖5.2.6采用復(fù)合管組成的OTL電路

1．電路組成

圖5.2.6為采用復(fù)合管組成的OTL功率放大器，這種電路又稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱（Quasicomplementarycircuit）功率放大器。其中，V1組成激勵(lì)級(jí)，它的基極偏壓取自于中點(diǎn)電位VCC。RP1引入交直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋。V2、V4復(fù)合成NPN管，V3、V5復(fù)合成PNP管。

372．放大原理當(dāng)V1集電極輸出正半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4導(dǎo)通，V3、V5截止，被放大的正半周信號(hào)電流經(jīng)C送到負(fù)載RL上，形成正半周輸出電壓，同時(shí)，C上被充上VCC/2的電壓。當(dāng)V1集電極輸出負(fù)半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4截止，V3、V5導(dǎo)通，此時(shí)，電源VCC不供電，由C放電提供V3、V5工作所需直流功率，在負(fù)載上形成負(fù)半周輸出電壓。它與正半周輸出電壓合成一個(gè)完整的正弦波形。2．放大原理當(dāng)V1集電極輸383．自舉電路原理及作用電路中的C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”（Bootstrappingcircuit）。不接C2時(shí)，信號(hào)越強(qiáng)，V2、V4導(dǎo)通越充分，K點(diǎn)電位上升越多，將使V2、V4的正偏壓UBE減小，輸出電流也減小，限制了輸出功率的提高。在電路中加入C2后，其兩端被充上一定電壓值。由于C2容量大，充放電時(shí)間常數(shù)大，其兩端電壓可視為基本不變。當(dāng)正半周信號(hào)通過(guò)V2，V4使K點(diǎn)電位上升時(shí)，G點(diǎn)電位跟著升高，UG=UK+UC2，UG可高于VCC，使V2、V4基極電位升高，保證了V2，V4的大電流輸出，提高了輸出功率。

R9為隔離電阻，防止輸出信號(hào)經(jīng)電容C2短路到地。這種因C2的作用使G點(diǎn)電位隨K點(diǎn)電位升高而上升的方式叫“自舉”。具有自舉功能的電路叫自舉電路。

3．自舉電路原理及作用電路中的C2、R9組成具有升壓39

C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”的奧妙之處在于利用電容器上的電壓不能突變的性能，抬高電位，從而改善電路性能。我們已見過(guò)多處利用電容器特性來(lái)改善電路性能的例子，今后工作中可借鑒應(yīng)用。C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”的奧40※5.2.4BTL電路

BTL(Balancedtransformerless)電路又稱為橋式功率放大器?；倦娐啡鐖D5.2.7所示。

圖5.2.7BTL基本電路

※5.2.4BTL電路BTL(Balanced41模電最新版多媒體課件第5章-功率放大電路42BTL電路由兩組對(duì)稱的OTL或OCL電路組成，可用單電源或雙電源供電，揚(yáng)聲器直接連接在兩個(gè)功放對(duì)的輸出端。BTL電路的優(yōu)點(diǎn)有不用變壓器和大電容，輸出功率大；缺點(diǎn)是所用管子數(shù)量多，很難做到管子特性理想對(duì)稱，且管子總損耗大。揚(yáng)聲器兩端都不接地，也給檢修工作帶來(lái)不便。BTL電路由兩組對(duì)稱的OTL或OCL電路組成，43為什么OTL電路輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2？2.采用復(fù)合管可以較好解決乙類功放管的配對(duì)問(wèn)題，為什么？

為什么OTL電路輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2？44

5.3集成功率放大器集成功率放大器是在集成運(yùn)放基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其內(nèi)部電路與集成運(yùn)放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它與集成運(yùn)放又有很大的不同。電路內(nèi)部多施加深度負(fù)反饋。集成功率放大器廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、電視機(jī)、開關(guān)功率電路、伺服放大電路中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。除單片集成功放電路外，還有集成功率驅(qū)動(dòng)器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構(gòu)成大功率放大電路，有的集成電路本身包含兩個(gè)功率放大器，稱為雙聲道功放。現(xiàn)以LM386、TDA2030等單片集成音頻功率放大器為例，介紹其主要參數(shù)和典型應(yīng)用電路。

5.3集成功率放大器集成功率455.3.1LM386集成功率放大器及其應(yīng)用圖5.3.1LM386外形與管腳排列（a)外形圖（b)管腳排列圖

一、外形、管腳排列LM386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)和信號(hào)發(fā)生器中；LM386的外形與管腳圖如圖5.3.1所示，它采用8腳雙列直插式塑料封裝。

5.3.1LM386集成功率放大器及其應(yīng)46

LM386有兩個(gè)信號(hào)輸入端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端；每個(gè)輸入端的輸入阻抗均為50kΩ，而且輸入端對(duì)地的直流電位接近于零，即使輸入端對(duì)地短路，輸出端直流電平也不會(huì)產(chǎn)生大的偏離。

*LM386的內(nèi)部原理電路如下圖所示。

LM386有兩個(gè)信號(hào)輸入端，2腳為反相輸入端47

二、主要性能參數(shù)LM386系列集成功放共有5種型號(hào)的芯片，主要性能參數(shù)見表5.3.1。

二、主要性能參數(shù)LM386系列集成功放共有5種型號(hào)的芯片，48三、LM386應(yīng)用

所以，當(dāng)①、⑧腳外接不同阻值電阻時(shí)，Au的調(diào)節(jié)范圍為20～200（26～46dB）。

1.LM386組成功放電路電壓放大倍數(shù)估算引腳①、⑧腳間開路，Au=20；當(dāng)引腳①、⑧之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí)，Au=200。引腳①、⑧腳間外接電阻R，單位為Ω，則電壓增益由下式估算

三、LM386應(yīng)用所以，當(dāng)①、⑧腳49三、LM386應(yīng)用

圖5.3.2LM386應(yīng)用電路用LM386組成的OTL功放電路如圖5.3.2所示，信號(hào)從3腳同相輸入端輸入，從5腳經(jīng)耦合電容(220μF)輸出。

三、LM386應(yīng)用圖5.3.2LM386應(yīng)用電路50三、LM386應(yīng)用

圖5.3.2中，⑦腳所接容量為20μF的電容C2為去耦濾波電容。①腳與⑧腳所接電容C1、電阻R用于調(diào)節(jié)電路的閉環(huán)電壓增益，電容取值為10μF，電阻R在0～20kΩ范圍內(nèi)取值。改變電阻值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在21～200之間變化。R值越小，電壓增益越大。當(dāng)需要高增益時(shí)，可取R＝0，只將一只10μF電容接在①腳與⑧腳之間即可。輸出⑤腳所接電阻R3和電容C3，用來(lái)改善音質(zhì)，同時(shí)防止電路自激，有時(shí)也可省去不用。該電路如用作收音機(jī)的功放電路，輸入端接收音機(jī)檢波電路的輸出端即可。

三、LM386應(yīng)用圖5.3.2中，⑦515.3.3TDA2030集成功率放大器及其應(yīng)用一、TDA2030集成功放主要性能參數(shù)及引腳排列TDA2030采用TO-220封裝，具有引腳數(shù)少、外接元件少的優(yōu)點(diǎn)。它的電氣性能穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，且芯片內(nèi)部具有過(guò)載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路。該芯片適用于高保真立體擴(kuò)音裝置中的音頻功率放大器。

TDA2030引腳排列如圖5.3.3所示。

圖5.3.3TDA2030引腳排列

5.3.3TDA2030集成功率放大器及其應(yīng)用一、T52TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)見表5.3.2。

TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)見表5.3.2。53TDA2030A是TDA2030的改進(jìn)型，器件外形和應(yīng)用電路與TDA2030相同，但其電源電壓范圍為±6V～±22V，在電源電壓為±16V、負(fù)載RL＝4Ω時(shí)，輸出功率可達(dá)18W。引腳排列與TDA2030相同。TDA2040也是一款采用TO-220封裝的音頻甲乙類功放，具有輸出電流大、失真小的特點(diǎn)。其最大輸出電流為4A，電源電壓范圍為±2.5V～±20V。在電源電壓為±16V、負(fù)載RL＝4Ω時(shí)，輸出功率可達(dá)22W。引腳排列與TDA2030相同。

TDA2030A是TDA2030的改進(jìn)型，器54二、TDA2030實(shí)用電路TDA2030接成OCL（雙電源）典型應(yīng)用電路如圖5.3.4所示。圖5.3.4TDA2030雙電源典型應(yīng)用電路

二、TDA2030實(shí)用電路TDA2030接成OCL（雙電源55圖中R3、R2、C2使TDA2030接成交流電壓串聯(lián)負(fù)反饋電路。閉環(huán)增益由下式估算

C5、C6為電源低頻去耦電容，C3、C4為電源高頻去耦電容。R4與C7組成阻容吸收網(wǎng)絡(luò)，用以避免電感性負(fù)載產(chǎn)生過(guò)電壓擊穿芯片內(nèi)功率管。為防止輸出電壓過(guò)大，可在輸出端④腳與正、負(fù)電源接一反偏二極管組成輸出電壓限幅電路。

估算圖5.3.4所示電路電壓放大倍數(shù)。

圖中R3、R2、C2使TDA2030接成交流56TDA2030接成OTL（單電源）典型應(yīng)用電路如圖5.3.5所示。

圖5.3.5TDA2030單電源典型應(yīng)用電路

TDA2030接成OTL（單電源）典型應(yīng)用電路如圖5.3.557圖中，R1與R2組成集成電路單電源供電的直流偏置電路，使

R3是為提高功放電路的交流輸入電阻而設(shè)置，本電路的Ri=R3=22kΩ。其余元件的作用與圖5.3.6相對(duì)應(yīng)元件作用相同。

圖5.3.5所示電路電壓放大倍數(shù)估算公式與圖5.3.4所示電路電壓放大倍數(shù)估算公式一樣嗎？圖5.3.5所示電路輸入電阻為多大？

圖中，R1與R2組成集成電路單電源供電的直流偏置電路，使58

5.3.5集成功放使用注意事項(xiàng)為全面發(fā)揮集成功放的功能，確保集成功放安全可靠地工作，在實(shí)際應(yīng)用中應(yīng)注意以下問(wèn)題。1.合理選擇品種和型號(hào)集成功放型號(hào)繁多，各型號(hào)性能參數(shù)和使用條件各不相同，要合理選用。選用主要依據(jù)電路性能指標(biāo)對(duì)功放級(jí)的要求，所選器件主要性能指標(biāo)均能滿足設(shè)計(jì)要求，且在任何情況下，集成功放瞬時(shí)工作參數(shù)均不會(huì)超過(guò)極限參數(shù)，并留有裕量。否則，可能造成器件失效或電路性能變差，形成隱患，縮短使用壽命。實(shí)際工作中解決這一問(wèn)題的根本辦法是查閱廠家產(chǎn)品說(shuō)明書或手冊(cè)，采用其中推薦的工作條件。廠家所推薦的工作條件既能保障器件安全工作，又能使電路具有全面的、良好的綜合性能。2.按規(guī)定選用負(fù)載集成功放應(yīng)在規(guī)定負(fù)載條件下工作，切勿隨意加重負(fù)載，嚴(yán)禁輸出短路。

5.3.5集成功放使用注意事項(xiàng)59負(fù)載加重是指負(fù)載電阻增大？還是指輸出電流增大？

負(fù)載加重是指負(fù)載電阻增大？還是指輸出電流增大？603.合理裝配、布線功放電路處于大信號(hào)工作狀態(tài)，在進(jìn)行裝配(PCB)設(shè)計(jì)時(shí)，元器件分布及排線不合理，極易產(chǎn)生自激振蕩或放大器工作不穩(wěn)定，嚴(yán)重時(shí)甚至無(wú)法正常工作。功放電路輸入一般為小信號(hào)，輸出為大信號(hào)，裝配(PCB)設(shè)計(jì)時(shí)，盡量把大信號(hào)線與小信號(hào)線分開，然后兩信號(hào)線一點(diǎn)接地；地線、電源線、輸出線間的間隔應(yīng)盡大；盡量避免形成閉環(huán)電源線和閉環(huán)地線；各接地線應(yīng)盡量粗短，就近接地，總接地點(diǎn)盡量靠近負(fù)載的接地點(diǎn)。4.合理選用散熱裝置按廠家產(chǎn)品說(shuō)明書或手冊(cè)要求，合理選用散熱裝置。

3.合理裝配、布線611.在實(shí)際選用集成功率放大器時(shí)，要注意那些問(wèn)題？2.LM386引腳1和8之間外接RC串聯(lián)電路起什么作用？若引腳1和8之間開路，LM386組成成功放電路能否正常工作？3.TDA2030引腳2和4之間外接.RC串聯(lián)電路起什么作用？若引腳2和4之間開路，TDA2030組成成功放電路能否正常工作？為什么？4上網(wǎng)尋找并下載一份PDF格式的集成功放TDA2030A的器件文檔，該器件的主要性能參數(shù)與表5.3.2所示TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)有何區(qū)別？1.在實(shí)際選用集成功率放大器時(shí)，要注意那些問(wèn)題？62

5.4功放管和功率器件的安全使用在功放電路中功放管是在接近極限參數(shù)的、高電壓狀態(tài)下工作的功率管，由于設(shè)計(jì)不當(dāng)或使用條件的變化而易損壞。因此，在功率放大實(shí)用電路中，應(yīng)采用保護(hù)措施以保證功放管的安全運(yùn)行。

5.4.1功放管的二次擊穿及其保護(hù)如1.3節(jié)所述，當(dāng)三極管集電結(jié)上的反偏電壓過(guò)大時(shí)，三極管將被擊穿，這時(shí)集電極電流迅速增大，出現(xiàn)一次擊穿，且IB越大擊穿電壓越低，稱為“一次擊穿”。如圖5.4.1a中曲線AB段所示，A點(diǎn)就是一次擊穿點(diǎn)。這時(shí)只要外電路限制擊穿后的電流，使管子的功耗不超過(guò)額定值，就不會(huì)造成管子的損壞，因此一次擊穿是可逆的。5.4功放管和功率器件的安全使用在功放電63圖5.4.1二次擊穿及安全工作區(qū)（a）二次擊穿現(xiàn)象（b）考慮二次擊穿后的安全工作區(qū)

圖5.4.64三極管一次擊穿后集電極電流會(huì)驟然增大，若電流不加限制，則它的工作點(diǎn)增大到臨界點(diǎn)(如圖5.4.1中B點(diǎn))時(shí)，三極管的工作點(diǎn)以毫秒乃至微秒級(jí)高速移向C點(diǎn)，這時(shí)三極管的管壓降uCE突然減小，電流iC急劇增大。如圖中的BD段，稱之為二次擊穿(Secondarybreakdown)。二次擊穿點(diǎn)B隨iB的不同而改變，通常把這些點(diǎn)連起來(lái)的曲線叫二次擊穿臨界線簡(jiǎn)稱S/B曲線，如圖5.4.1b中所畫。

產(chǎn)生二次擊穿的原因較復(fù)雜，它是一種與電流、電壓、功率和結(jié)溫（Junctiontemperature）都有關(guān)系的效應(yīng)。一般認(rèn)為，由于制造工藝的缺陷，使流過(guò)管內(nèi)結(jié)面的電流不均勻，造成結(jié)局部高溫(稱為熱斑)而產(chǎn)生局部的熱擊穿，出現(xiàn)三極管尚未發(fā)燙就損壞的現(xiàn)象。二次擊穿是不可逆的，經(jīng)二次擊穿后，性能明顯下降，甚至造成永久性損壞。

三極管一次擊穿后集電極電流會(huì)驟然增大，若電65考慮到二次擊穿后，功放管的安全工作范圍將變小，它除了受ICM、PCM和U(BR)CEO的限制外，還要受二次擊穿臨界線的限制，其安全工作區(qū)如圖5.4.1b所示。

為了保證功放管安全工作，應(yīng)注意在設(shè)計(jì)電路時(shí)，要使功放管工作在安全區(qū)域內(nèi)，而且還應(yīng)留有一定的余量；要有良好的散熱條件，功放管的結(jié)溫不可過(guò)高；避免突然加強(qiáng)信號(hào)和負(fù)載突然短路，也要避免管子突然截止和負(fù)載突然開路；要消除電路中的寄生振蕩，少用電抗元件，適當(dāng)引入負(fù)反饋；在電路中采用過(guò)流、過(guò)壓和過(guò)熱等保護(hù)措施等。

考慮到二次擊穿后，功放管的安全工作范圍將變665.4.2功放管和功率器件的散熱

功放管損壞的重要原因是其實(shí)際功率超過(guò)額定功耗PcM。三極管的耗散功率取決于內(nèi)部的PN結(jié)（主要是集電結(jié)）溫度Tj，當(dāng)Tj超過(guò)手冊(cè)中規(guī)定的最高允許結(jié)溫TjM時(shí)，集電極電流將急劇增大而使管子損壞，這種現(xiàn)象稱為“熱致?lián)舸保═hermorunaway）或“熱崩”。硅管的允許結(jié)溫值為120～180oC，鍺管允許結(jié)溫為85oC左右。散熱條件越好，對(duì)于相同結(jié)溫下所允許的管耗就越大，使功放電路有較大功率輸出而不損壞管子。為了在相同散熱面積下減小散熱器所占空間，可采用如圖5.4.2a～c所示的幾種常用散熱器，分別為齒輪形、指狀形和翼形，所加散熱器面積大小的要求，可參考大功率管產(chǎn)品手冊(cè)上規(guī)定尺寸。除上述散熱器商品外，還可用鋁板自制平板散熱器。

5.4.2功放管和功率器件的散熱67圖5.4.2散熱器的幾種形狀（a）齒輪形（b）指狀形（c）翼形

圖5.4.2散熱器的幾種形狀685.4.2功放管和功率器件的散熱

功率放大電路工作時(shí)，如果功放管散熱器(或無(wú)散熱器時(shí)的管殼)上的溫度較高，如燙手，易引起功率管的損壞，這時(shí)應(yīng)立即分析檢查。如果原屬于正常使用功放電路，功率管突然發(fā)熱，應(yīng)檢查和排除電路中的故障。如果屬于新設(shè)計(jì)功放電路，在調(diào)試時(shí)功率管有發(fā)燙現(xiàn)象，這時(shí)除了需要調(diào)整電路參數(shù)或排除故障外，還應(yīng)檢查設(shè)計(jì)是否合理、管子選型和散熱條件是否存在問(wèn)題。

5.4.2功放管和功率器件的散熱69漫步者（Edifier）R201T的第二代R201TⅡ有源音箱是一款普及型2.1音箱，由一只低音炮音箱輔以一對(duì)小衛(wèi)星音箱組成，輸出功率可達(dá)20W。音箱采用MDF優(yōu)質(zhì)中密度木質(zhì)低音炮結(jié)構(gòu)，低音炮單元采用5英寸4Ω防磁型揚(yáng)聲器，低頻強(qiáng)勁；中高音單元采用3英寸4Ω防磁型揚(yáng)聲器，高音亮麗，中音甜美。此款有源音箱采用雙12V、840mA的電源變壓器，音頻信號(hào)輸入接口為立體聲RCA線路輸入，線路輸入阻抗為5kΩ，主音量和低音音量分別由旋鈕調(diào)整。主電路使用1塊RC4558C集成運(yùn)放、2塊UTC2030集成功放和1塊TDA2030A集成功放。主電路板和電源變壓器都安裝在低音音箱里，接駁件與控制件裝在低音箱的面板（也就是功率放大器的散熱器鋁板）上，控制方便。根據(jù)實(shí)物測(cè)繪獲得該音箱的內(nèi)部電路圖如圖5.0.3所示。

漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析

漫步者（Edifier）R201T的第二代R70漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析圖5.0.3有源音箱電路圖

漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析圖5.0.3有源音箱71電路主要分為電源電路、衛(wèi)星箱功放電路和超重低音電路三部分。

一、電源電路220V交流市電經(jīng)過(guò)開關(guān)S和保險(xiǎn)管F后進(jìn)入電源變壓器T的初級(jí)，變壓器的次級(jí)輸出雙12V交流電壓送入由整流二極管VD1～VD4組成的橋式整流電路，經(jīng)過(guò)橋式整流和電容C14、C15的濾波后，輸出的空載電壓約為±16V，即圖中Vcc為＋16V，－Vcc為－16V，為一塊集成運(yùn)放芯片（RC4558C，該雙運(yùn)放構(gòu)成低音前置放大和低通濾波器電路）和三塊集成功放芯片（UTC2030和TDA2030A）提供工作電壓。該電源電路比較簡(jiǎn)單，沒有加入常用的能穩(wěn)定輸出電壓的穩(wěn)壓電路。

漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析

電路主要分為電源電路、衛(wèi)星箱功放電路和超重低72

二、左右聲道放大電路（衛(wèi)星箱功放電路）該電路左右聲道放大電路工作原理相同，這里以右聲道放大電路為例作一介紹。圖中RIN為右聲道放大電路信號(hào)輸入端，經(jīng)過(guò)耦合電容C18進(jìn)入主音量電位器。調(diào)節(jié)主音量電位器的滑動(dòng)端可以改變輸出信號(hào)的大小，起到調(diào)節(jié)音量的作用。調(diào)整后的信號(hào)進(jìn)入由R1、C3組成的高音提升電路，此電路可以較多地衰減信號(hào)中的低頻成分，提升信號(hào)中高頻成分的占比，使聲音更加清晰。之后信號(hào)經(jīng)過(guò)耦合電容C1進(jìn)入右聲道功放IC1（UTC2030）的1腳，經(jīng)過(guò)功率放大后的信號(hào)由IC1的4腳輸出，推動(dòng)衛(wèi)星箱揚(yáng)聲器發(fā)聲。圖中的R7為反饋電阻，R7和R9的阻值決定功放電路的放大倍數(shù)。R11和C7為揚(yáng)聲器補(bǔ)償網(wǎng)絡(luò)。

漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析二、左右聲道放大電路（衛(wèi)星箱功放電路）漫步者73

三、超重低音電路通過(guò)主音量電位器調(diào)整后的左右聲道信號(hào)經(jīng)兩個(gè)20kΩ電阻R5、R6和耦合電容C11后一起送到運(yùn)放IC4A（RC4558）的反相輸入端6腳，圖中IC4A與外圍元件構(gòu)成反相放大器，為超重低音的前置放大器。該放大器對(duì)左右聲道信號(hào)分別給予3.4倍的放大，在將其疊加后由7腳輸出。經(jīng)過(guò)前置放大后，可以有足夠大的驅(qū)動(dòng)信號(hào)電壓，以獲得足夠大的輸出音量。IC4B、C9、C10、R17和R18組成二階低通濾波器，該低通濾波器的作用是濾出200Hz以下的低頻信號(hào)。低頻信號(hào)經(jīng)IC4B輸出后通過(guò)耦合電容C17與低音音量電位器相連，調(diào)整超重低音的音量后，由電位器滑動(dòng)端輸出到超低音功放電路IC3（TDA2030A），此電路的原理與衛(wèi)星箱功放相同。4腳為輸出端，推動(dòng)低音揚(yáng)聲器發(fā)聲。漫步者R201TⅡ有源音箱電路分析

三、超重低音電路漫步者R201TⅡ有源音箱電74本章小結(jié)1．功率放大電路在電源電壓確定的情況下，應(yīng)在非線性失真允許的范圍內(nèi)，高效率地獲得盡可能大的輸出功率。因而功放管常工作于極限應(yīng)用狀態(tài)。同時(shí)要考慮功放管工作的安全性，故必須滿足：Pcm<PCM、Ucem>U(BR)CEO、Ｉcm<ICM等條件。功放電路的主要性能指標(biāo)是最大不失真輸出功率Ｐ0m效率η和非線性失真系數(shù)THD。

2．功放電路根據(jù)功放管靜態(tài)工作點(diǎn)的不同可分為甲類，乙類，甲乙類。為提高效率、避免產(chǎn)生交越失真，功放電路常采用甲乙類的互補(bǔ)對(duì)稱雙管推挽電路（OCLOTL）。

3．為使自行組成的復(fù)合管行之有效，必須符合電流一致性原則；復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于第一管子；β≈β1β2…。

本章小結(jié)1．功率放大電路在電754．OTL、OCL和BTL電路均有不同型號(hào)、性能指標(biāo)的集成電路，只需外接少量元件，便可組成實(shí)用電路。它們具有體積小、重量輕，工作穩(wěn)定可靠、性能指標(biāo)高，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因而獲得廣泛應(yīng)用。

5.通過(guò)改變集成功放外接電阻，可方便地改變其增益。

6．為保證功率放大電路的安全工作，必須合理選擇器件，增強(qiáng)功率管和集成功放的散熱效果，防止功率管二次擊穿并根據(jù)需要選擇保護(hù)電路。

4．OTL、OCL和BTL電路均有不同型號(hào)765.1功率放大電路概述

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

5.3集成功率放大器5.4功率管和功率器件的安全使用5.1功率放大電路概述5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電771.了解低頻功率放大電路特點(diǎn)，理解交越失真產(chǎn)生的原因、消除方法。2.熟悉互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路的組成、工作原理、特點(diǎn)及應(yīng)用，了解OCL、OTL區(qū)別及應(yīng)用，會(huì)估算輸出功率，會(huì)估算功放管主要參數(shù)。3.理解復(fù)合管組成原則，會(huì)判別復(fù)合管的管型。4.了解常用集成功率放大器（LM386、TDA2030等）性能特點(diǎn)及使用方法，會(huì)估算集成功放電路閉環(huán)增益。5.選學(xué)BTL電路原理。6.了解功率放大管二次擊穿和熱致?lián)舸┈F(xiàn)象、功率管及功率器件保護(hù)措施。1.了解低頻功率放大電路特點(diǎn)，理解交越失真產(chǎn)生的原因、消除78在我們平時(shí)使用的許多電子產(chǎn)品中如電視機(jī)、組合音響、收音機(jī)以及手機(jī)等，里面都有功率放大電路。功率放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行功率放大，提高信號(hào)的驅(qū)動(dòng)能力。功率放大電路一般可分為分立元件功放和集成功放兩種。有源音箱是指帶有功率放大器的音箱，如多媒體電腦音箱、有源超重低音箱，以及一些新型的家庭影院有源音箱等，是我們?cè)谌粘Ｉ钪薪佑|較多的一種電子產(chǎn)品。圖5.0.1所示是漫步者R201TⅡ型2.1聲道多媒體有源音箱，在配合計(jì)算機(jī)使用時(shí)，通過(guò)電纜線與計(jì)算機(jī)聲卡的音頻輸出端相連，它對(duì)計(jì)算機(jī)聲卡送來(lái)的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。取出箱內(nèi)的功放電路板，如圖5.0.2所示，可以發(fā)現(xiàn)其中的集成功率放大器芯片。

在我們平時(shí)使用的許多電子產(chǎn)品中如電視機(jī)、組合音79圖5.0.1有源音箱外觀圖5.0.2內(nèi)部功放電路板

圖5.0.1有源音箱外觀80

5.1功率放大電路概述能夠向負(fù)載提供足夠信號(hào)功率的放大電路稱為功率放大電路（Poweramplifier），簡(jiǎn)稱功放。

5.1.1功率放大電路特點(diǎn)和要求

一、功率放大電路的特點(diǎn)從能量控制的觀點(diǎn)來(lái)看，功率放大電路與電壓放大電路都屬于能量轉(zhuǎn)換電路，均將電源的直流功率轉(zhuǎn)換成被放大信號(hào)的交流功率。兩種電路的比較如下表所示：5.1功率放大電路概述能夠向負(fù)載提供足夠81

二、對(duì)功率放大電路的要求1、應(yīng)有足夠大的輸出功率。2、效率要盡可能的高。3、非線性失真要小。4、功率管要采取散熱、過(guò)壓、過(guò)流保護(hù)等保護(hù)措施。

二、對(duì)功率放大電路的要求1、應(yīng)有足夠大的輸出功率82

5.1.2功率放大電路的分類1、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類：

圖５.1.1各類功率放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)及其波形（a）工作點(diǎn)位置（b）甲類波形（c）甲乙類波形（d）乙類波形

5.1.2功率放大電路的分類1、按靜態(tài)工作點(diǎn)分類832、按信號(hào)頻率分類(1)低頻本章討論(2)高頻

《高頻電路》中討論

2、按信號(hào)頻率分類(1)低頻本章討論84

5.1.3低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)Iom表示輸出電流振幅，Uom表示輸出電壓振幅。1．最大輸出功率Pom

輸出功率Po等于輸出電壓與輸出電流的有效值乘積，即

最大輸出功率Pom是在電路參數(shù)確定的情況下，負(fù)載上可能獲得的最大交流功率。5.1.3低頻功率放大電路的主要技術(shù)指標(biāo)852．效率η

η就是負(fù)載上得到的有用信號(hào)功率Po與電源供給的直流功率PV之比，即

2．效率ηη就是負(fù)載上得到的有用信86

3．非線性失真系數(shù)THD式中，Im1、Im2、Im3…和Um1、Um2、Um3…分別表示輸出電流和輸出電壓中的基波分量和各次諧波分量的振幅。

THD用來(lái)衡量非線性失真的程度，即：

3．非線性失真系數(shù)THD式中，Im1、871.乙類功放的效率比甲類功放高，為什么？2.由圖5.1.1（d）可知，乙類功放管在一個(gè)周期中有半個(gè)周期截止，會(huì)造成很大的失真，實(shí)際應(yīng)用中可以采取什么措施來(lái)減小失真？3.對(duì)功放電路有哪些要求？

1.乙類功放的效率比甲類功放高，為什么？88

5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

功率放大器早期采用變壓器耦合輸出，可實(shí)現(xiàn)阻抗匹配，但體積大、傳輸損耗大，在實(shí)際中已使用不多。目前大量應(yīng)用的是無(wú)變壓器的乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路。按電源供給的不同，分為雙電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路和單電源互補(bǔ)對(duì)稱功放電路。5.2乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路

功率放大器89

5.2.1OCL電路

一、基本電路及其工作原理雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路又稱無(wú)輸出電容的功放電路，簡(jiǎn)稱OCL電路，其原理電路如圖5.2.1（a）所示。圖中V1、V2為導(dǎo)電類型互補(bǔ)（NPN、PNP）且性能參數(shù)完全相同的功放管。兩管均接成射極輸出電路以增強(qiáng)帶負(fù)載能力。

為什么射極輸出電路具有帶負(fù)載能力強(qiáng)的特點(diǎn)？

5.2.1OCL電路一90

5.2.1OCL電路

圖5.2.1OCL基本原理電路（a）基本原理電路（b）輸入信號(hào)波形（c）輸出信號(hào)波形

5.2.1OCL電路圖911、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止,故靜態(tài)電流為零，又由于兩管特性對(duì)稱，故兩管輸出端的靜態(tài)電壓為零。2、動(dòng)態(tài)工作情況電路輸入如圖5.2.1（b）所示的正弦信號(hào)。(1)在ui正半周期間，V1發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，V2發(fā)射結(jié)反偏而截止。(2)在ui負(fù)半周期間，V1發(fā)射結(jié)反偏截止，V2發(fā)射結(jié)正偏導(dǎo)通。

V1、V2兩管分別在正、負(fù)半周輪流工作，使負(fù)載RL獲得一個(gè)完整的正弦波信號(hào)電壓，如圖5.2.1（c）所示。1、靜態(tài)分析靜態(tài)時(shí)兩管零偏而截止,故靜態(tài)92OCL電路的輸出電壓uo雖未被放大，但由于io＝ie＝（1＋β）ib，因此具有功率放大作用。這種電路的優(yōu)點(diǎn)是省去了輸出耦合電容，使系統(tǒng)的低頻響應(yīng)更好；缺點(diǎn)是必須用雙電源供電，增加了電源的復(fù)雜性。此外，電路連成射極輸出器的形式，使放大器的輸入電阻高，輸出電阻很低，解決了負(fù)載電阻和放大電路輸出電阻之間的配合問(wèn)題。

OCL電路的輸出電壓uo雖未被放大，但由于i93二、電路性能參數(shù)計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，Ucem=VCC—UCE(sat)≈VCC，則

1．最大輸出功率Pom由圖可見，Iom＝Icm，Uom＝Ucem，得

二、電路性能參數(shù)計(jì)算當(dāng)輸入信號(hào)足夠大時(shí)，Ucem=VCC—U942．直流電源供給功率PV

根據(jù)富氏級(jí)數(shù)分解，周期性半波電流的平均值Iav＝Icm/π

，因此正負(fù)電源供給的直流功率

2．直流電源供給功率PV根據(jù)富氏級(jí)數(shù)分解953．管耗PC

(2)輸出最大功率時(shí)的管耗Pc1(Ucem≈Vcc)

Pc1(Ucem)≈0.137Pom。(3)最大管耗當(dāng)Ucem=時(shí)出現(xiàn)最大管耗，且為Pcm1≈0.2Pom。(1)平均管耗由于V1、V2各導(dǎo)通半個(gè)周期，且兩管對(duì)稱，故兩管的管耗相同，每只管子的平均管耗為

3．管耗PC(2)輸出最大功率時(shí)的管耗Pc964．效率當(dāng)電路輸出最大功率時(shí)，Ucem≈VCC，

4．效率當(dāng)電路輸出最大功率時(shí)，Ucem≈VCC，97

四、功放管的選擇功放管的極限參數(shù)有PCM、ICM、U（BR）CEO，應(yīng)滿足下列條件1、功放管集電極的最大允許功耗2、功放管的最大耐壓U（BR）CEO當(dāng)一只管子飽和導(dǎo)通時(shí)，另一只管子承受的最大反向電壓為2VCC。故3、功放管的最大集電極電流四、功放管的選擇功放管的極限參數(shù)有PCM、ICM、98為減小失真，在2只功放管配對(duì)選擇的時(shí)候，對(duì)電流放大系數(shù)這個(gè)性能參數(shù)有什么要求？

為減小失真，在2只功放管配對(duì)選擇的時(shí)候，對(duì)99[例5.2.1]OCL電路的VCC＝∣－Vcc∣＝20V，負(fù)載RL＝8Ω，功放管如何選擇？

解：（1）最大輸出功率

（2）

（3）

[例5.2.1]OCL電路的VCC＝∣－Vcc∣＝20V100

五、交越失真與OCL實(shí)用電路圖5.2.2交越失真波形

乙類放大電路靜態(tài)IC為零，效率高。但只有當(dāng)信號(hào)電壓大于導(dǎo)通電壓時(shí)，管子才能導(dǎo)通。因此，當(dāng)信號(hào)電壓小于導(dǎo)通電壓時(shí)，就沒有電壓輸出。因此，信號(hào)在過(guò)零點(diǎn)附近，其波形會(huì)出現(xiàn)失真，稱為交越失真，如圖5.2.2所示。

五、交越失真與OCL實(shí)用電路圖5.2.2101圖5.2.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路

為了消除交越失真，應(yīng)為兩功放管提供一定的偏置，一般采用如圖5.2.3所示電路。其中，V3組成電壓放大級(jí)，Rc為其集電極負(fù)載電阻，VD1、VD2正偏導(dǎo)通，和RP一起為V1、V2提供偏壓，使V1、V2在靜態(tài)時(shí)處于微導(dǎo)通狀態(tài)，即處于甲乙類工作狀態(tài)。此外，VD1、VD2還有溫度補(bǔ)償作用，使V1、V2管的靜態(tài)電流基本不隨溫度的變化而變化。

圖5.2.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路為了消除交越102

電路裝配注意事項(xiàng)

在圖5.2.3的電路中，若RP、

VD1、VD2中任一元件虛焊，則從+VCC經(jīng)Rc，V1管發(fā)射結(jié)、V2管發(fā)射結(jié)、V3集電極---發(fā)射極、Re到－Vcc形成一個(gè)通路，有較大的基極電流IB1和IB2流過(guò)，從而導(dǎo)致V1、V2管因功耗過(guò)大而損壞。故常在輸出回路中串接熔斷器以保護(hù)功放管和負(fù)載。圖5.2.3中，VD1、VD2的溫度補(bǔ)償作用是如何實(shí)現(xiàn)的？

電路裝配注意事項(xiàng)103[例.5.2.2]甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖5.2.3所示，VCC＝12V，RL＝35Ω，兩個(gè)管子的UCE(sat)＝2V，試求（1）最大不失真輸出功率；（2）電源供給的功率；（3）最大輸出功率時(shí)的效率。

解：[例.5.2.2]甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路如圖5.2104

5.2.2OTL電路圖5.2.4OTL電路

1、OCL電路線路簡(jiǎn)單、效率高，但要采用雙電源供電，給使用和維修帶來(lái)不便。2、采用單電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱電路，稱為無(wú)輸出變壓器（Outputtransformerless）的功放電路，簡(jiǎn)稱OTL電路，如圖5.2.4所示。其特點(diǎn)是在輸出端負(fù)載支路中串接了一個(gè)大容量電容C2。

5.2.2OTL電路圖5.2.4OT105一、電路組成及工作原理

1．電路組成V3組成電壓放大級(jí)，Rc1為其集電極負(fù)載，V3的偏置由輸出A點(diǎn)電壓通過(guò)RP和R1提供，組成電壓并聯(lián)直流負(fù)反饋組態(tài)，穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。VD1、VD2為二極管偏置電路，為V1、V2提供偏置電壓。V1、V2組成互補(bǔ)對(duì)稱電路。2．C2的作用C2容量很大，滿足RLC2>>T（信號(hào)周期），有信號(hào)輸入時(shí)，電容兩端電壓基本不變，可視為一恒定值VCC/2。該電路就是利用大電容的儲(chǔ)能作用，來(lái)充當(dāng)另一組電源－Vcc。此外，C2還有隔直作用。一、電路組成及工作原理1063．工作原理該電路工作原理與OCL電路相似。(1)當(dāng)ui＜0，V1正偏導(dǎo)通，V2反偏截止。經(jīng)V1放大后的電流經(jīng)C2送給負(fù)載RL，且對(duì)C2充電，RL上獲得正半周電壓。(2)當(dāng)ui＞0，V1反偏截止，V2正偏導(dǎo)通，C2放電，經(jīng)V2放大的電流由該管集電極經(jīng)RL和C2流回發(fā)射極，負(fù)載RL上獲得負(fù)半周電壓。(3)輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2。二、電路性能參數(shù)計(jì)算

OTL電路與OCL電路相比，每個(gè)管子實(shí)際工作電源電壓不是VCC，而是VCC/2，故計(jì)算OTL電路的主要性能指標(biāo)時(shí)，將OCL電路計(jì)算公式中的參數(shù)VCC全部改為VCC/2即可。

3．工作原理該電路工作原理與OCL電路相似107二極管的基本特性是單向?qū)щ娦?。在圖5.2.4中，負(fù)半周信號(hào)由V3倒相放大后從V3集電極送至V1的基極，經(jīng)V1電流放大后輸出，信號(hào)似乎是逆向通過(guò)VD1、VD2這兩個(gè)二極管。如何理解這個(gè)過(guò)程？二極管的基本特性是單向?qū)щ娦?。在圖5.2.4108OTL電路采用單電源供電，輸出通過(guò)大容量的耦合電容與負(fù)載連接，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，使用方便。但由于大電容的存在，使其頻率響應(yīng)變差，并且不利于電路的集成化。

OTL電路采用單電源供電，輸出通過(guò)大容量的耦1095.2.3復(fù)合管在互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中的應(yīng)用

一、復(fù)合管輸出功率較大的電路，應(yīng)采用較大功率的功率管。但大功率管的電流放大系數(shù)β往往較小，且選用特性一致的互補(bǔ)管也比較困難。故在實(shí)際應(yīng)用中，用復(fù)合管（Darlingtonconnection）來(lái)解決這兩個(gè)問(wèn)題。復(fù)合管是指用兩只或多只三極管按一定規(guī)律進(jìn)行組合，等效成一只三極管，復(fù)合管又稱達(dá)林頓管。復(fù)合管的組合方式如圖5.2.5所示。5.2.3復(fù)合管在互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路中的應(yīng)用110圖5.2.5復(fù)合管的組合方式（a）NPN管（b）PNP管（c）PNP管（d）NPN管

圖5.2.5復(fù)合管的組合方式111復(fù)合管具有如下特點(diǎn)：（1）復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于前一只管子：即iB向管內(nèi)流者等效為NPN管,如圖5.2.5中的a、d所示。iB向管外流者等效為PNP管，如圖5.2.5b、c所示。（2）復(fù)合管的電流放大系數(shù)β≈β1β2…。（3）組成復(fù)合管的各管各極電流應(yīng)滿足電流一致性原則，即串接點(diǎn)處電流方向一致，并接點(diǎn)處保證總電流為兩管輸出電流之和。

復(fù)合管具有如下特點(diǎn)：（1）復(fù)合管的導(dǎo)電類型取決于前一112

采用復(fù)合管的OTL實(shí)用電路圖5.2.6采用復(fù)合管組成的OTL電路

1．電路組成

圖5.2.6為采用復(fù)合管組成的OTL功率放大器，這種電路又稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱（Quasicomplementarycircuit）功率放大器。其中，V1組成激勵(lì)級(jí)，它的基極偏壓取自于中點(diǎn)電位VCC。RP1引入交直流電壓并聯(lián)負(fù)反饋。V2、V4復(fù)合成NPN管，V3、V5復(fù)合成PNP管。

1132．放大原理當(dāng)V1集電極輸出正半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4導(dǎo)通，V3、V5截止，被放大的正半周信號(hào)電流經(jīng)C送到負(fù)載RL上，形成正半周輸出電壓，同時(shí)，C上被充上VCC/2的電壓。當(dāng)V1集電極輸出負(fù)半周信號(hào)電壓時(shí)，V2、V4截止，V3、V5導(dǎo)通，此時(shí)，電源VCC不供電，由C放電提供V3、V5工作所需直流功率，在負(fù)載上形成負(fù)半周輸出電壓。它與正半周輸出電壓合成一個(gè)完整的正弦波形。2．放大原理當(dāng)V1集電極輸1143．自舉電路原理及作用電路中的C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”（Bootstrappingcircuit）。不接C2時(shí)，信號(hào)越強(qiáng)，V2、V4導(dǎo)通越充分，K點(diǎn)電位上升越多，將使V2、V4的正偏壓UBE減小，輸出電流也減小，限制了輸出功率的提高。在電路中加入C2后，其兩端被充上一定電壓值。由于C2容量大，充放電時(shí)間常數(shù)大，其兩端電壓可視為基本不變。當(dāng)正半周信號(hào)通過(guò)V2，V4使K點(diǎn)電位上升時(shí)，G點(diǎn)電位跟著升高，UG=UK+UC2，UG可高于VCC，使V2、V4基極電位升高，保證了V2，V4的大電流輸出，提高了輸出功率。

R9為隔離電阻，防止輸出信號(hào)經(jīng)電容C2短路到地。這種因C2的作用使G點(diǎn)電位隨K點(diǎn)電位升高而上升的方式叫“自舉”。具有自舉功能的電路叫自舉電路。

3．自舉電路原理及作用電路中的C2、R9組成具有升壓115

C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”的奧妙之處在于利用電容器上的電壓不能突變的性能，抬高電位，從而改善電路性能。我們已見過(guò)多處利用電容器特性來(lái)改善電路性能的例子，今后工作中可借鑒應(yīng)用。C2、R9組成具有升壓功能的“自舉電路”的奧116※5.2.4BTL電路

BTL(Balancedtransformerless)電路又稱為橋式功率放大器?；倦娐啡鐖D5.2.7所示。

圖5.2.7BTL基本電路

※5.2.4BTL電路BTL(Balanced117模電最新版多媒體課件第5章-功率放大電路118BTL電路由兩組對(duì)稱的OTL或OCL電路組成，可用單電源或雙電源供電，揚(yáng)聲器直接連接在兩個(gè)功放對(duì)的輸出端。BTL電路的優(yōu)點(diǎn)有不用變壓器和大電容，輸出功率大；缺點(diǎn)是所用管子數(shù)量多，很難做到管子特性理想對(duì)稱，且管子總損耗大。揚(yáng)聲器兩端都不接地，也給檢修工作帶來(lái)不便。BTL電路由兩組對(duì)稱的OTL或OCL電路組成，119為什么OTL電路輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2？2.采用復(fù)合管可以較好解決乙類功放管的配對(duì)問(wèn)題，為什么？

為什么OTL電路輸出電壓uo的最大幅值約為VCC/2？120

5.3集成功率放大器集成功率放大器是在集成運(yùn)放基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的，其內(nèi)部電路與集成運(yùn)放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它與集成運(yùn)放又有很大的不同。電路內(nèi)部多施加深度負(fù)反饋。集成功率放大器廣泛應(yīng)用于收錄機(jī)、電視機(jī)、開關(guān)功率電路、伺服放大電路中，輸出功率由幾百毫瓦到幾十瓦。除單片集成功放電路外，還有集成功率驅(qū)動(dòng)器，它與外配的大功率管及少量阻容元件構(gòu)成大功率放大電路，有的集成電路本身包含兩個(gè)功率放大器，稱為雙聲道功放。現(xiàn)以LM386、TDA2030等單片集成音頻功率放大器為例，介紹其主要參數(shù)和典型應(yīng)用電路。

5.3集成功率放大器集成功率1215.3.1LM386集成功率放大器及其應(yīng)用圖5.3.1LM386外形與管腳排列（a)外形圖（b)管腳排列圖

一、外形、管腳排列LM386是一種低電壓通用型音頻集成功率放大器，廣泛應(yīng)用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)和信號(hào)發(fā)生器中；LM386的外形與管腳圖如圖5.3.1所示，它采用8腳雙列直插式塑料封裝。

5.3.1LM386集成功率放大器及其應(yīng)122

LM386有兩個(gè)信號(hào)輸入端，2腳為反相輸入端，3腳為同相輸入端；每個(gè)輸入端的輸入阻抗均為50kΩ，而且輸入端對(duì)地的直流電位接近于零，即使輸入端對(duì)地短路，輸出端直流電平也不會(huì)產(chǎn)生大的偏離。

*LM386的內(nèi)部原理電路如下圖所示。

LM386有兩個(gè)信號(hào)輸入端，2腳為反相輸入端123

二、主要性能參數(shù)LM386系列集成功放共有5種型號(hào)的芯片，主要性能參數(shù)見表5.3.1。

二、主要性能參數(shù)LM386系列集成功放共有5種型號(hào)的芯片，124三、LM386應(yīng)用

所以，當(dāng)①、⑧腳外接不同阻值電阻時(shí)，Au的調(diào)節(jié)范圍為20～200（26～46dB）。

1.LM386組成功放電路電壓放大倍數(shù)估算引腳①、⑧腳間開路，Au=20；當(dāng)引腳①、⑧之間對(duì)交流信號(hào)相當(dāng)于短路時(shí)，Au=200。引腳①、⑧腳間外接電阻R，單位為Ω，則電壓增益由下式估算

三、LM386應(yīng)用所以，當(dāng)①、⑧腳125三、LM386應(yīng)用

圖5.3.2LM386應(yīng)用電路用LM386組成的OTL功放電路如圖5.3.2所示，信號(hào)從3腳同相輸入端輸入，從5腳經(jīng)耦合電容(220μF)輸出。

三、LM386應(yīng)用圖5.3.2LM386應(yīng)用電路126三、LM386應(yīng)用

圖5.3.2中，⑦腳所接容量為20μF的電容C2為去耦濾波電容。①腳與⑧腳所接電容C1、電阻R用于調(diào)節(jié)電路的閉環(huán)電壓增益，電容取值為10μF，電阻R在0～20kΩ范圍內(nèi)取值。改變電阻值，可使集成功放的電壓放大倍數(shù)在21～200之間變化。R值越小，電壓增益越大。當(dāng)需要高增益時(shí)，可取R＝0，只將一只10μF電容接在①腳與⑧腳之間即可。輸出⑤腳所接電阻R3和電容C3，用來(lái)改善音質(zhì)，同時(shí)防止電路自激，有時(shí)也可省去不用。該電路如用作收音機(jī)的功放電路，輸入端接收音機(jī)檢波電路的輸出端即可。

三、LM386應(yīng)用圖5.3.2中，⑦1275.3.3TDA2030集成功率放大器及其應(yīng)用一、TDA2030集成功放主要性能參數(shù)及引腳排列TDA2030采用TO-220封裝，具有引腳數(shù)少、外接元件少的優(yōu)點(diǎn)。它的電氣性能穩(wěn)定、可靠，適應(yīng)長(zhǎng)時(shí)間連續(xù)工作，且芯片內(nèi)部具有過(guò)載保護(hù)和熱切斷保護(hù)電路。該芯片適用于高保真立體擴(kuò)音裝置中的音頻功率放大器。

TDA2030引腳排列如圖5.3.3所示。

圖5.3.3TDA2030引腳排列

5.3.3TDA2030集成功率放大器及其應(yīng)用一、T128TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)見表5.3.2。

TDA2030主要技術(shù)指標(biāo)見表5.3.2。129TDA2030A是TDA2030的改進(jìn)型，器件外形和應(yīng)用電路與TDA2030相同，但其電源電壓范圍為±6V～±22V，在電源電壓為±16V、負(fù)載RL＝4Ω時(shí)，輸出功率可達(dá)18W。引腳排列與TDA2030相同。TDA2040也是一款采用TO-220封裝的音頻甲乙類功放，具有輸出電流大、失真小的特點(diǎn)。其