三極管放大器第1頁/共100頁2.1.1放大器的基本框圖2.1基本放大器的組成及原理

第2章三極管基本放大器第2頁/共100頁2.1.2放大電路的主要性能指標(biāo)一、放大倍數(shù)

輸出信號(hào)的電壓和電流幅度得到了放大，所以輸出功率也會(huì)有所放大。對(duì)放大電路而言有電壓放大倍數(shù)、電流放大倍數(shù)和功率放大倍數(shù),通常它們都是按正弦量定義的。放大倍數(shù)定義式中各有關(guān)量如圖2－1所示。圖2－1放大倍數(shù)的定義第3頁/共100頁圖2-2放大器的等效方框圖

第4頁/共100頁功率放大倍數(shù)定義為電壓放大倍數(shù)定義為

電流放大倍數(shù)定義為

第5頁/共100頁二、輸入電阻Ri

輸入電阻是表明放大電路從信號(hào)源吸取電流大小的參數(shù)，Ri大放大電路從信號(hào)源吸取的電流小，反之則大。Ri的定義見圖3－3和式(3.04)圖2－3輸入電阻的定義第6頁/共100頁三、輸出電阻Ro

輸出電阻是表明放大電路帶負(fù)載的能力，Ro大表明放大電路帶負(fù)載的能力差，反之則強(qiáng)。Ro的定義見下式。第7頁/共100頁四、通頻帶相應(yīng)的頻率fL稱為下限頻率，fH稱為上限頻率。

放大電路的增益A(f)是頻率的函數(shù)。在低頻段和高頻段放大倍數(shù)都要下降。當(dāng)A(f)下降到中頻電壓放大倍數(shù)A0的1/時(shí)，即第8頁/共100頁第9頁/共100頁第10頁/共100頁第11頁/共100頁第12頁/共100頁第13頁/共100頁第14頁/共100頁第15頁/共100頁第16頁/共100頁第17頁/共100頁直流通路IBVBE+-ICVCE+-

列輸入回路方程：

VBE=VCC－IBRb

列輸出回路方程（直流負(fù)載線）：

VCE=VCC－ICRc

在輸入特性曲線上，作出直線VBE=VCC－IBRb，兩線的交點(diǎn)即是Q點(diǎn)，得到IBQ。

在輸出特性曲線上，作出直流負(fù)載線VCE=VCC－ICRc，與IBQ曲線的交點(diǎn)即為Q點(diǎn)，從而得到VCEQ

和ICQ。第18頁/共100頁第19頁/共100頁第20頁/共100頁第21頁/共100頁4.求輸入電阻第22頁/共100頁5.求輸出電阻第23頁/共100頁2.3共集電極電路1.電路分析①求靜態(tài)工作點(diǎn)由得共集電極電路（也稱為射極輸出器）第24頁/共100頁第25頁/共100頁第26頁/共100頁第27頁/共100頁

Ii

Io

e

c

Rs

Ie

βIb

+Ui

Re

rbeRcRLUoUs

Ib-b

rir'iro

C1

C2Rs

Rb1

Rc+Ui

Re

RL

UoUs

Rb2

Cb

Ucc-發(fā)射極作為輸入端，集電極作為輸出端，基極是輸入、輸出的公共端。+Uoc_Isc2.4共基極放大電路第28頁/共100頁2.5.1功率放大器的特點(diǎn)

1.輸出功率足夠大為獲得足夠大的輸出功率，功放管的電壓和電流變化范圍應(yīng)很大。

2.效率要高功率放大器的效率是指負(fù)載上得到的信號(hào)功率與電源供給的直流功率之比。

3.非線性失真要小功率放大器是在大信號(hào)狀態(tài)下工作，電壓、電流擺動(dòng)幅度很大，極易超出管子特性曲線的線性范圍而進(jìn)入非線性區(qū)，造成輸出波形的非線性失真，因此，功率放大器比小信號(hào)的電壓放大器的非線性失真問題嚴(yán)重。2.5功率放大器第29頁/共100頁

2.5.2功率放大器的分類功率放大器通常是根據(jù)功放管工作點(diǎn)選擇的不同來進(jìn)行分類的，分為甲類放大、乙類放大和甲乙類放大等形式。當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)在負(fù)載線線性段的中點(diǎn)、在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都有電流iC通過時(shí)，稱為甲類放大狀態(tài)，其波形如圖2.5.1(a)所示。若將靜態(tài)工作點(diǎn)Q設(shè)在截止點(diǎn)，則iC僅在半個(gè)信號(hào)周期內(nèi)通過，其輸出波形被削掉一半，如圖2.5.2(b)所示，稱為乙類放大狀態(tài)。若將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)在線性區(qū)的下部靠近截止點(diǎn)處，則其iC的流通時(shí)間為多半個(gè)信號(hào)周期，輸出波形被削掉少一半，如圖2.5.3(c)所示，稱為甲乙類放大狀態(tài)。第30頁/共100頁2.5.1第31頁/共100頁2.5.3單管功率放大器圖5.2.1(a)所示為變壓器耦合單管功率放大器的典型電路。它的輸入端和前級(jí)之間用一個(gè)輸入變壓器耦合，而輸出端和負(fù)載之間用一個(gè)輸出變壓器耦合。變壓器既起隔直流、通交流的作用，又起阻抗變換的作用。利用輸出變壓器耦合進(jìn)行阻抗變換，將接在變壓器副邊的負(fù)載電阻RL變換（折算）到變壓器原邊，可得出其等效交流電阻R′L為第32頁/共100頁圖2.5.2第33頁/共100頁

式中，k=N1/N2

為變壓器的變比。由此式可知，只要適當(dāng)選擇輸出變壓器的變比，就可以得到合適的R′L阻值，從而在負(fù)載上獲得較大的輸出功率。常用的一些負(fù)載如揚(yáng)聲器、電動(dòng)機(jī)、電磁繼電器等線圈的電阻僅為幾歐至十幾歐，若將其不經(jīng)變換而直接接入集電極電路，是不能得到足夠功率的，因而一般須進(jìn)行阻抗變換。例5.2.1設(shè)圖2.5.2（a）中負(fù)載RL為8Ω的揚(yáng)聲器，集電極電流交流分量的有效值Ic=10mA，輸出功率Po=20mW。試求輸出變壓器的變比。若揚(yáng)聲器直接接入集電極電路中，可得到多大功率？第34頁/共100頁

若揚(yáng)聲器直接接入集電極電路中，得到的功率為

Po=

可見，揚(yáng)聲器直接接入集電極，由于其本身阻抗太小，其獲得的功率很小。圖2.5.2（a）中，輸入變壓器的作用也是耦合和阻抗變換，而電容Cb、Ce為交流旁路電容。下面對(duì)電路的輸出功率及效率進(jìn)行分析估算。第35頁/共100頁

1.最大不失真輸出功率Pom

功放電路的最大不失真輸出功率，是指在正弦信號(hào)輸入下，失真不超過額定要求時(shí)，電路輸出的最大信號(hào)功率，用放大電路的最大輸出電壓有效值和最大輸出電流有效值的乘積來表示，或用最大輸出電壓幅值和最大輸出電流幅值乘積的一半來表示靜態(tài)時(shí)，考慮到輸出變壓器原邊的電阻很小，發(fā)射極電阻Re也很小，均可忽略，則晶體管的直流負(fù)載線應(yīng)是一條與橫軸交于UCE=UCC點(diǎn)、幾乎與橫軸垂直的直線，如圖2.5.2(b)所示。靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置以輸出功率的要求而定，可以通過調(diào)整Rb1、Rb2的分壓比來改變偏流IBQ，從而定出ICQ及UCEQ。第36頁/共100頁

為了獲得盡可能大的輸出功率，可將Q點(diǎn)提高到靠近PCM（集電極最大允許耗散功率）線附近。動(dòng)態(tài)時(shí)，交流等效電阻為R′L(RL），故交流負(fù)載線是一條通過靜態(tài)工作點(diǎn)Q、斜率為-1/R′L的直線，其斜率取值多少應(yīng)以輸出功率既最大又不失真為最佳，此時(shí)的R′L稱為最佳負(fù)載電阻。為此，其靜態(tài)工作點(diǎn)的位置必須處于交流負(fù)載線的中點(diǎn)，即工作于甲類放大狀態(tài)。只有這樣，輸出電壓、電流才能在線性放大區(qū)有最大振幅，才能輸出最大不失真功率。理想情況下，略管子的飽和壓降UCES、穿透電流ICEO

并使管子盡限運(yùn)用時(shí)，其最大集電極—發(fā)射極交流電壓幅值UCEM約等于UCC，其最大集電極交流電流幅值ICM約等于ICQ，交流負(fù)載線是與橫軸交于2UCC、與縱軸交于2ICQ

的斜線，如圖2.5.2(b)所示第37頁/共100頁

此時(shí)的輸出功率最大。在這樣條件下，根據(jù)交流負(fù)載線的斜率可得出交流等效電阻

R′L=在圖2.5.2（b）中，最大輸出電壓有效值為UCEM=，最大輸出電流有效值為ICM/，故其最大不失真輸出功率為

這就是變壓器耦合甲類功率放大器的最大不失真輸出功率Pom的表達(dá)式，顯然，Pom為圖中三角形ABQ的面積。第38頁/共100頁

2.效率η

前已指出，功率放大器的效率是指負(fù)載得到的信號(hào)功率Po和電源供給的功率PU之比，即式中，PU為直流電源提供的功率，為第39頁/共100頁

由式可知，功率放大器工作在甲類狀態(tài)時(shí)，其電源供給的功率PU與輸出信號(hào)電流iC無關(guān)，僅與電源電壓UCC及靜態(tài)電流ICQ有關(guān)。也就是說，無論有無信號(hào)輸入輸出，電源供給的功率是固定不變的。由此也可得出，這類功放電路的輸出功率越大，電路的效率就越高。當(dāng)電路輸出最大不失真功率時(shí)，效率最高，其值為

η-m=

此式說明，甲類功率放大器的最高效率為50%。應(yīng)該說明，這個(gè)數(shù)值只是個(gè)理想效率。在實(shí)際電路中，由于存在變壓器損耗、管子飽和壓降及Re上壓降等原因，實(shí)際效率還要低些。比如，設(shè)變壓器的效率為ηT（小型變壓器的ηT一般為0.75~0.85），則放大器最大輸出功率時(shí)的總效率應(yīng)為第40頁/共100頁η′m=ηmηT

3.管耗PT

功放電路的管耗PT主要是功放管消耗的功率，發(fā)生在集電結(jié)上，是集電極耗散功率。PT可由下式求出：PT=

式中,uCE、iC為總瞬時(shí)值，即uCEQ=UCEQ-UcemsinωtiC=ICQ+Icmsinωt

第41頁/共100頁

在圖5.2.2所示放大器中，UCEQ=UCC，故

PT=UCCICQ-Po

此式說明，當(dāng)未加輸入信號(hào)時(shí)，輸出功率Po=0，管耗最大，為UCCICQ，電源給出的功率全部損耗在管子上。而當(dāng)加入信號(hào)時(shí)，輸出功率Po≠0，管耗減小，所減小的部分正是輸出的信號(hào)功率Po。當(dāng)輸出最大功率時(shí)，管耗則最小。第42頁/共100頁

5.2.2推挽功率放大器對(duì)于前述單管功率放大器，當(dāng)其工作于甲類狀態(tài)時(shí)，即使是最理想情況，其效率也只有50%。這個(gè)數(shù)值在以功率輸出為主的功放電路中是不理想的。在甲類放大電路中，靜態(tài)電流ICQ是造成管耗高、效率低的主要原因。降低靜態(tài)電流，使管子工作于乙類狀態(tài)，可以減少管耗、提高效率，但這樣會(huì)使輸出波形被削掉一半，出現(xiàn)嚴(yán)重失真。若采用工作于乙類或甲乙類的推挽功率放大器，既可提高放大電路的效率，同時(shí)又能減少信號(hào)的波形失真。下面就來討論這種電路。第43頁/共100頁

圖5.2.2是一個(gè)典型的推挽功率放大電路。兩只晶體管V1和V2型號(hào)相同，參數(shù)一致。輸入變壓器T1副邊設(shè)有中心抽頭，以保證輸入信號(hào)對(duì)稱地輸入，使V1

和V2

兩管的基極信號(hào)大小相等、相位相反。輸出變壓器T2

的原邊亦設(shè)有中心抽頭，以分別將V1和V2的集電極電流耦合到T2的副邊，向負(fù)載輸出功率。圖中，兩個(gè)功放管V1、V2

工作在甲乙類放大狀態(tài)，靜態(tài)工作點(diǎn)靠近截止區(qū)，因而靜態(tài)電流IC1、IC2很小，可近似為零。當(dāng)有正弦信號(hào)ui輸入時(shí)，通過輸入變壓器T1

的耦合，在T1的副邊感應(yīng)出大小相等、極性相反（對(duì)中心抽頭而言）的信號(hào)，分別加在V1與V2的輸入回路中。第44頁/共100頁第45頁/共100頁

比如，在ui的正半周，設(shè)A點(diǎn)電位高于B點(diǎn)電位，即uAO>0、uBO<0，于是V1工作、V2截止；在ui的負(fù)半周，B點(diǎn)電位高于A點(diǎn)電位，即uAO<0、uBO>0，于是V2工作、V1截止。這樣，在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)，兩個(gè)管子輪流導(dǎo)通、交替工作，兩管集電極電流iC1、iC2按相反方向交替流過輸出變壓器原邊的上、下半個(gè)繞組，并經(jīng)副邊輪流向負(fù)載輸出。由于電路對(duì)稱，iC1與iC2大小相等、流向相反，它們?cè)诟边吇芈分休喠鳟a(chǎn)生正、負(fù)半個(gè)周期的正弦信號(hào)，這樣，在負(fù)載上就可得到一個(gè)完整的正弦波信號(hào)。其各主要電壓和電流波形見圖5.2.3。第46頁/共100頁第47頁/共100頁

這里需要說明，上述推挽功率放大器的工作狀態(tài)之所以設(shè)為甲乙類而不是乙類，其目的是為了減少“交越失真”。若設(shè)置為乙類狀態(tài)，由于兩管的靜態(tài)工作點(diǎn)取在晶體管輸入特性曲線的截止點(diǎn)上，因而沒有基極偏流。這時(shí)由于管子輸入特性曲線有一段死區(qū)，而且死區(qū)附近非線性又比較嚴(yán)重，因而在有信號(hào)輸入、引起兩管交替工作時(shí)，在交替點(diǎn)的前后便會(huì)出現(xiàn)一段兩管電流均為零或非線性嚴(yán)重的波形；對(duì)應(yīng)地，在負(fù)載上便產(chǎn)生了如圖5.2.4(a)所示的交越失真。將工作狀態(tài)設(shè)置為甲乙類（如圖5.2.2所示）便可大大減少交越失真。這時(shí)，由于兩管的工作點(diǎn)稍高于截止點(diǎn)，因而均有一很小的靜態(tài)工作電流ICQ。這樣，便可克服管子的死區(qū)電壓，使兩管交替工作處的負(fù)載中電流能按正弦規(guī)律變化，從而克服了交越失真，波形如圖5.2.4（b）所示。第48頁/共100頁第49頁/共100頁

由于ICQ1與ICQ2大小相等，它們?cè)谳敵鲎儔浩髟呏械牧飨蛳喾?，因而不?huì)在鐵芯中產(chǎn)生直流磁勢(shì)，工作時(shí)不致產(chǎn)生飽和現(xiàn)象。另外，圖5.2.2中，電阻Rb1、Rb2、Re的數(shù)值均比電壓放大器取的小得多。Rb1一般為幾千歐，Rb2約為幾十歐至幾百歐，Re是穩(wěn)定工作點(diǎn)用的，約為幾歐至十幾歐。

2.輸出功率、效率及管耗估算

1）最大不失真輸出功率Pom

為了簡(jiǎn)化討論，可以忽略功放管的靜態(tài)電流，即將功放管的工作狀態(tài)按乙類電路考慮。第50頁/共100頁

同時(shí)，由于推挽電路兩管完全對(duì)稱，在作定量分析時(shí)，只要分析一個(gè)管子的情況就行了。每個(gè)管子都是半周導(dǎo)通、半周截止。每管導(dǎo)通那半周的工作情況和單管變壓器耦合電路的工作情況相同。忽略飽和壓降UCES及穿透電流ICEO，則一個(gè)推挽管的工作波形如圖5.2.5所示。由圖5.2.5可求出最大輸出功率為

其中,R′L是單管集電極回路等效負(fù)載電阻。設(shè)輸出變壓器原邊匝數(shù)為2N1，副邊匝數(shù)為N2，k=N1/N2，則第51頁/共100頁第52頁/共100頁R′L=2）效率η

為了計(jì)算效率，先求電源供給的功率PU,

由此式可以看出，推挽功率放大器中電源給出的功率與輸出信號(hào)電流的幅值Icm

成正比。第53頁/共100頁3)管耗PV

電源提供的功率PU中，一部分轉(zhuǎn)換為放大器的輸出信號(hào)功率Po，另一部分則為管耗PV，消耗在管子內(nèi)部變?yōu)闊崮?，即PV=PU-Po。由于電源供給功率與輸出信號(hào)功率都隨信號(hào)而變，故可用求極值的方法求出可能出現(xiàn)的最大管耗，并應(yīng)按它來選擇管子的最大允許耗散功率。由即第54頁/共100頁

每只管子的管耗PVm1、PVm2為總管耗PVm的一半，則PVm1=PVm2≈0.2Pom。所選功放管的集電極最大允許耗散功率PCM應(yīng)大于這個(gè)值，并留有一定的余量。綜上所述，變壓器耦合功率放大器可以較好地解決負(fù)載與放大器輸出級(jí)的阻抗匹配問題。單管甲類功放電路效率低，適用于小功率輸出，或作為大功率放大器的推動(dòng)級(jí)。乙類（或甲乙類）推挽電路效率較高，可用于較大功率輸出。但是，由于變壓器體積大、有損耗、頻率特性差、不易集成化等，使得變壓器耦合功率放大器難以進(jìn)一步提高質(zhì)量。因此，采用無輸出變壓器功率放大器已成為近年來功率放大器發(fā)展的一個(gè)方向。第55頁/共100頁5.3互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器

5.3.1乙類基本互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器

1.電路原理基本的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器電路如圖5.3.1所示。圖中V1、V2是兩個(gè)特性一致的NPN型和PNP型三極管。兩管基極連接輸入信號(hào)，發(fā)射極連接負(fù)載RL。兩管均工作在乙類狀態(tài)。這個(gè)電路可以看成是由兩個(gè)工作于乙類狀態(tài)的射極輸出器所組成。無信號(hào)時(shí)，因V1、V2特性一致及電路對(duì)稱，因而發(fā)射極電壓UE=0，RL中無靜態(tài)電流。又由于管子工作于乙類狀態(tài)，IBQ=0，ICQ=0，故電路中無靜態(tài)損耗。第56頁/共100頁

有正弦信號(hào)ui輸入時(shí)，兩管輪流工作。正半周時(shí)，V1因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上輸出電流ic2，如圖中實(shí)線所示，V2

因發(fā)射結(jié)反偏而截止。同理，在負(fù)半周時(shí)，V2因發(fā)射結(jié)正偏而導(dǎo)通，在負(fù)載RL上輸出電流ic2，如圖中虛線所示，V1

因發(fā)射結(jié)反偏而截止。這樣，在信號(hào)ui的一個(gè)周期內(nèi)，電流ic1和ic2以正、反兩個(gè)不同的方向交替流過負(fù)載電阻RL，在RL上合成為一個(gè)完整的略有點(diǎn)交越失真的正弦波信號(hào)。由此可見，在輸入電壓作用下，互補(bǔ)對(duì)稱電路利用了兩個(gè)不同類型晶體管發(fā)射結(jié)偏置的極性正好相反的特點(diǎn)，自行完成了反相作用，使兩管交替導(dǎo)通和截止。第57頁/共100頁

此外，互補(bǔ)對(duì)稱電路聯(lián)成射極輸出方式，具有輸入電阻高、輸出電阻低的特點(diǎn)，低阻負(fù)載可以直接接在放大電路的輸出端。

2.最大輸出功率、效率及管耗估算上述乙類互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作情況與變壓器耦合乙類推挽電路的工作情況是相對(duì)應(yīng)的，所不同的只是前者負(fù)載直接接在了發(fā)射極，而后者是經(jīng)變壓器變換后折算到功放管的輸出回路中。因此，在忽略功放管的UCES和ICEO的理想情況下，其單管工作波形仍可用圖5.2.5描述，最大輸出功率則可將式(5.2.9)中的R′L改為RL后使用,即第58頁/共100頁直流電源給出的功率可按式(5.2.11)估算，即

在放大器輸出最大功率時(shí)，忽略管子飽和壓降，Icm=ICM=UCC/RL，電源給出最大功率，為電路在最大輸出功率時(shí)的效率為第59頁/共100頁

結(jié)果與式（5.2.12）完全相同。最大管耗與最大輸出功率之間也滿足式(5.2.15)的關(guān)系。即

例5.3.1在圖5.3.1所示乙類互補(bǔ)對(duì)稱功放電路中，設(shè)UCC=12V，RL=8Ω，{試求：}(1)當(dāng)輸入信號(hào)足夠大，使集電極電壓能夠充分運(yùn)用時(shí)的Pom、PUm、ηm、PV；

(2)當(dāng)輸入信號(hào)電壓有效值為4V時(shí)的Po、PU、η、PV;第60頁/共100頁(3)若三極管飽和壓降UCES=1V，不可忽略，再計(jì)算（1）問中各量。解（1）輸入信號(hào)足夠大時(shí)，忽略管子飽和壓降，輸出電壓幅值約等于電源電壓，可輸出最大功率。由式（5.3.1）最大輸出功率為Pom=

此時(shí)的效率為第61頁/共100頁

雙管總管耗為

PV=PUm-Pom=11.5-9=2.5W(2）若輸入電壓有效值為4V，即其幅值為Uim

考慮到射極輸出器的輸出電壓近似等于輸入電壓，故Uom≈Uim=5.7V，輸出功率為效率為第62頁/共100頁第63頁/共100頁

5.3.2單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器圖5.3.1所示互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器中需要正、負(fù)兩個(gè)電源。但在實(shí)際電路中，如收音機(jī)、擴(kuò)音機(jī)中，為了簡(jiǎn)化，常采用單電源供電。為此，可采用圖5.3.2所示單電源供電的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器。這種形式的電路無輸出變壓器，而有輸出耦合電容，簡(jiǎn)稱為OTL電路（英文OutputTransformerless的縮寫，意即無輸出變壓器）。而圖5.3.1所示電路簡(jiǎn)稱為OCL電路（英文OutputCapacitorless的縮寫，意即無輸出電容）。圖5.3.2電路中，管子工作于乙類狀態(tài)。靜態(tài)時(shí)因電路對(duì)稱，兩管發(fā)射極e點(diǎn)電位為電源電壓的一半U(xiǎn)CC/2，負(fù)載中沒有電流。第64頁/共100頁第65頁/共100頁第66頁/共100頁

動(dòng)態(tài)時(shí)，在輸入信號(hào)正半周，V1導(dǎo)通，V2截止，V1

以射極輸出的方式向負(fù)載RL提供電流iO=iC1，使負(fù)載RL上得到正半周輸出電壓，同時(shí)對(duì)電容C充電。在輸入信號(hào)負(fù)半周，V1截止，V2導(dǎo)通，電容C通過V２、RL放電，V２也以射極輸出的方式向RL提供電流iO=iC2，在負(fù)載RL上得到負(fù)半周輸出電壓。電容器C在這時(shí)起到負(fù)電源的作用。為了使輸出波形對(duì)稱，即iC1與iC2大小相等，必須保持C上電壓恒為UCC/2不變，也就是C在放電過程中其端電壓不能下降過多，因此，C的容量必須足夠大。第67頁/共100頁

由上述分析可知，單電源互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作原理與正、負(fù)雙電源互補(bǔ)對(duì)稱電路的工作原理相似，不同之處只是輸出電壓幅度由UCC降為UCC/2，因而前面（5.3.1）至（5.3.4）各式中，只要將UCC改為UCC/2，就可用于單電源互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器。第68頁/共100頁

5.3.3甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器與變壓器耦合的乙類推挽功率放大器一樣，乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器也存在晶體管輸入特性死區(qū)電壓引起的交越失真，因而也需要給功放管加上偏置電流，即使其工作于甲乙類放大狀態(tài)，以此來克服交越失真。圖5.3.3為常見的幾種甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器。（a）圖為OCL電路，(b)圖為OTL電路。在（a）、（b）兩圖中，V3為推動(dòng)級(jí)，V3的集電極電路中接有兩個(gè)二極管VD1和VD2

，利用V3集電極電流在VD1

、VD2的正向壓降給兩個(gè)功放管V1、V2提供基極偏置，從而克服交越失真。第69頁/共100頁第70頁/共100頁

態(tài)時(shí)，因V1、V2兩管電路對(duì)稱，兩管靜態(tài)電流相等，負(fù)載上無靜態(tài)電流，輸出電壓Uo=0。當(dāng)有交流信號(hào)輸入時(shí)，VD1和VD2

的交流電阻很小，可視為短路，從而保證了V1和V2兩管基極輸入信號(hào)幅度基本相等。由于二極管正向壓降具有負(fù)溫度系數(shù)，因而這種偏置電路具有溫度穩(wěn)定作用，可以自動(dòng)穩(wěn)定輸出級(jí)功放管的靜態(tài)電流。圖5.3.3(c)是另一種常見的為互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器設(shè)置靜態(tài)工作點(diǎn)的電路，稱為“UBE擴(kuò)大電路”。由圖可知，當(dāng)IB4《IR1=IR2時(shí)，有第71頁/共100頁

所以，兩功放管基極之間電壓為可見，調(diào)節(jié)電阻R2就可調(diào)節(jié)兩功放管基極間電壓，從而方便地調(diào)節(jié)兩功放管的靜態(tài)電流。同樣，由于UBE4的負(fù)溫度系數(shù)，也使電路具有穩(wěn)定靜態(tài)電流的作用。由于甲乙類功率放大器的靜態(tài)電流一般很小，與乙類工作狀態(tài)很接近，因而甲乙類互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器的最大輸出功率、效率以及管耗等量的估算均可按乙類電路有關(guān)公式進(jìn)行。第72頁/共100頁

5.3.4復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱功率放大器在上述互補(bǔ)對(duì)稱電路中，若要求輸出較大功率，則要求功放管采用中功率或大功率管。這就產(chǎn)生了如下問題。一是大功率的PNP和NPN兩種類型管子之間難以作到特性一致；二是輸出大功率時(shí)功放管的峰值電流很大，而功放管的β不會(huì)很大，因而要求其前置級(jí)有較大推動(dòng)電流，這對(duì)于前級(jí)是電壓放大器的情況是難以作到的。為了解決上述問題，可采用復(fù)合管互補(bǔ)對(duì)稱電路，如圖5.3.4所示。由第1章的學(xué)習(xí)可知，復(fù)合管的類型及電極均由第一只晶體管決定，復(fù)合管的電流放大系數(shù)為兩管電流放大系數(shù)的乘積。因而，采用復(fù)合管作為功放管，既可降低前級(jí)推動(dòng)電流，又可容易用同類型大功率管組成配對(duì)的NPN和PNP管。第73頁/共100頁第74頁/共100頁

圖5.3.4（a）中為同類型管組成的復(fù)合管，它可降低對(duì)前級(jí)推動(dòng)電流的要求。不過，其直接向負(fù)載RL提供電流的兩個(gè)末級(jí)對(duì)管V3、V4的類型仍然不同，大功率情況下兩者很難選配到完全對(duì)稱。圖5.3.4（b）則與之不同，其兩個(gè)末級(jí)對(duì)管是同一類型的(圖中均為NPN型)，因而比較容易配對(duì)。這種電路又稱為準(zhǔn)互補(bǔ)對(duì)稱電路。電路中Re1、Re1的作用是使V3和V4能有一個(gè)合適的工作點(diǎn)。第75頁/共100頁

5.3.5集成功率放大器近些年來，隨著集成技術(shù)的發(fā)展，集成功率放大器產(chǎn)品越來越多。由于集成功放成本不高、使用方便，因而被廣泛應(yīng)用在收音機(jī)、錄音機(jī)、電視機(jī)及直流伺服系統(tǒng)中的功率放大部分。這里只介紹常用的5G37與LM386集成功率放大器。

1.單片音頻功率放大器5G375G37是一塊集成音頻功率放大器，其最大不失真輸出功率為2~3W，可作為收音機(jī)、錄音機(jī)、電唱機(jī)的功率放大器，也可用于電視機(jī)的幀輸出電路，應(yīng)用非常廣泛。其內(nèi)部電路如圖5.3.5所示。第76頁/共100頁第77頁/共100頁

圖中，V1、V2互補(bǔ)組成PNP型復(fù)合管，構(gòu)成整個(gè)放大器的前置級(jí)（也是輸入級(jí)）；V3、V4組成NPN型復(fù)合管，構(gòu)成放大器的激勵(lì)級(jí)；V8、V9、V10

、V11

、V12構(gòu)成準(zhǔn)互補(bǔ)推挽輸出級(jí)。V5、V6、V7是為消除小信號(hào)交越失真而設(shè)的二極管偏置電路。圖5.3.6為5G37的典型應(yīng)用電路。2腳為信號(hào)輸入端，經(jīng)耦合電容C1輸入信號(hào)。7腳接正電源。電阻R′1、R′2的作用是決定中點(diǎn)電位，調(diào)節(jié)R′1,可使加到兩個(gè)推挽管上的集電極與發(fā)射極之間電壓相等，亦即使6腳的直流電位值等于UCC/2。負(fù)載RL一端經(jīng)耦合電容C5接6腳，另一端接正電源。第78頁/共100頁第79頁/共100頁C′3

為消振電容，用來防止高頻自激。R′3、C′2支路與片內(nèi)的反饋電阻共同構(gòu)成交流負(fù)反饋網(wǎng)絡(luò)，改變R′3可以調(diào)節(jié)放大器的增益。

2.LM386LM386是一種通用型集成功率放大器，它的特點(diǎn)是頻帶寬（可達(dá)幾百千赫）、功耗低（常溫下為660mW）、適用的電源電壓范圍寬（4~16V），因而廣泛用于收音機(jī)、對(duì)講機(jī)、方波和正弦波發(fā)生器等。其應(yīng)用接線圖如圖5.3.7所示。LM386為8腳器件，1、8兩腳為增益設(shè)定端，通過改變1、8間外加元件參數(shù)可改變電路的增益。如當(dāng)1、8間斷開時(shí)，Au=20；當(dāng)接入10μF電容時(shí)，A-u=200；當(dāng)接入R-1=1.2kΩ、C-1=10μF的串聯(lián)支路時(shí)，A-u=50。第80頁/共100頁第81頁/共100頁C-2為防自激電容，C-4為電源退耦電容。R2、C3支路組成容性負(fù)載，抵消揚(yáng)聲器部分的感性負(fù)載，防止在信號(hào)突變時(shí)揚(yáng)聲器上呈現(xiàn)較高的瞬時(shí)電壓而使其損壞。在集成功放的基礎(chǔ)上，近年來又發(fā)展起一種BTL功率放大器（又稱橋接推挽式放大器）。其主要特點(diǎn)是，在同樣的電源電壓和負(fù)載電阻條件下，它可得到比OCL或OTL大幾倍的輸出功率，其工作原理如圖5.3.8(a)所示。圖(a)中，四個(gè)功放管V1~V4組成橋式電路。靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，負(fù)載RL中無直流電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，橋臂對(duì)管輪流導(dǎo)通。如ui正半周，上正下負(fù)，則V1、V4導(dǎo)通，V2、V3截止，流過負(fù)載RL的電流如圖中實(shí)線所示；第82頁/共100頁第83頁/共100頁

在ui負(fù)半周，上負(fù)下正，則V1、V4截止，V2、V3導(dǎo)通，負(fù)載RL中電流如圖中虛線所示。忽略管子飽和壓降，則兩個(gè)半周合成，在負(fù)載上可得到振幅為UCC的輸出信號(hào)電壓。此外，由上述分析可以看出，與OCL電路相比（圖5.3.8(b)），在相同電源電壓下，BTL電路中流過負(fù)載RL的電流加大了一倍，據(jù)此可分析出它的最大輸出功率為

可見，BTL電路的最大輸出功率是同樣電源電壓OCL電路的四倍。第84頁/共100頁

圖5.3.9是用兩塊5G37組成的BTL形式的電路。圖中，負(fù)載接在兩塊5G37的輸出端6腳之間，通過調(diào)節(jié)R1、R2和R′1、R′2,可使兩塊5G37的輸出端6腳的直流電位均嚴(yán)格等于UCC/2使負(fù)載中無直流電流，因而省去了隔直電容。動(dòng)態(tài)時(shí)，輸入級(jí)從圖中A、B兩點(diǎn)分別給兩塊5G37輸入等值反向的信號(hào)。設(shè)某半個(gè)周期時(shí)，上面一塊5G37輸出級(jí)中的NPN型復(fù)合管與下面一塊5G37輸出級(jí)中的PNP型復(fù)合管導(dǎo)通；另半個(gè)周期時(shí)，上面一塊5G37輸出級(jí)中的PNP型復(fù)合管與下面一塊5G37輸出級(jí)中的NPN型復(fù)合管導(dǎo)通。這樣在負(fù)載RL上可獲得合成的輸出信號(hào)。盡管BTL電路中多用了一組功放電路，負(fù)載又是“懸浮”狀態(tài)，增加了調(diào)試的難度，但由于它性能優(yōu)良、失真小、電源利用率高，因而在高保真音響等領(lǐng)域中應(yīng)用較廣。第85頁/共100頁

第86頁/共100頁5.4功率放大器的應(yīng)用

5.4.1功率放大器實(shí)際應(yīng)用電路

1.OCL功率放大器實(shí)際應(yīng)用電路圖5.4.1為一準(zhǔn)互補(bǔ)功率放大電路，它是高保真功率放大器的典型電路。電路由前置放大級(jí)、中間放大級(jí)和輸出級(jí)組成。V1、V2、V3構(gòu)成恒流源式差動(dòng)放大器，為前置放大級(jí)，除了對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行放大外，還有溫度補(bǔ)償和抑制零漂的作用。V4、V5構(gòu)成中間放大級(jí)，其中V4為共射電路，V5是恒流源，作為V4的負(fù)載，使V4的輸出幅度得以提升。V7到V10為準(zhǔn)互補(bǔ)OCL電路作為輸出級(jí)。Re7~Re10可使電路穩(wěn)定。第87頁/共100頁第88頁/共100頁V7到V10為準(zhǔn)互補(bǔ)OCL電路作為輸出級(jí)。Re7~Re10可使電路穩(wěn)定。V6及Re4、Rc5構(gòu)成“UBE擴(kuò)大電路”，調(diào)節(jié)Re4可改變加在V7、V8基極間的電壓，以消除交越失真。Rf、C1和Rb2構(gòu)成串聯(lián)負(fù)反饋，以提高電路穩(wěn)定性并改善性能。

2.OTL功率放大器實(shí)際應(yīng)用電路圖5.4.2是一個(gè)OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，用作電視機(jī)伴音功率放大器。電路中V1是基本的工作點(diǎn)穩(wěn)定電路，構(gòu)成前置電壓放大級(jí)。輸入信號(hào)被放大后，經(jīng)C-3耦合至由V2構(gòu)成的推動(dòng)級(jí)。R14的作用是形成電壓串聯(lián)負(fù)反饋，以便改善放大性能。第89頁/共100頁第90頁/共100頁C2（以及C4、C7）為相位補(bǔ)償元件，用以防止高頻自激。V3與V4構(gòu)成互補(bǔ)功率輸出級(jí)，將信號(hào)經(jīng)C-6耦合到負(fù)載RL上。為防止開機(jī)時(shí)功放管中電流有可能過大而燒壞功放管，在它們的發(fā)射極電路中設(shè)置了R11、R12兩個(gè)限流電阻。V3、V4的靜態(tài)工作點(diǎn)由V2的靜態(tài)電流及電阻R6、R7、R8、R9決定。其中R8是熱敏電阻，其阻值隨溫度升高而減小，可穩(wěn)定功放管的靜態(tài)電流。電阻R10連在V2的基極與電容C-6的正極之間，構(gòu)成直流負(fù)反饋，以穩(wěn)定C-6正極的電位（為UCC/2）。第91頁/共100頁

3.集成功率放大器實(shí)際應(yīng)用電路袖珍式放音機(jī)、收音機(jī)、便攜式收錄機(jī)等，為了實(shí)現(xiàn)整機(jī)小型化，需要低電壓音頻功率放大電路。荷蘭菲利浦公司生產(chǎn)的TDA7050T集成功率放大電路外形尺寸小，外接元件少，可用來組裝薄型機(jī)。其接線圖如圖5.4.3所示。

TDA7050T的外形為8腳扁平塑料封裝。圖5.4.3（a）為立體聲工作狀態(tài)，外接元件只有兩只47μF電解電容，電壓增益為26dB，當(dāng)UCC=3V，RL=32Ω時(shí)，Pom=36mW。圖5.4.3(b)為BTL工作狀態(tài)，無需外接元件，當(dāng)UCC=3V，RL=32Ω時(shí)，Pom=140mW，電壓增益為32dB。第92頁/共100頁第93頁/共100頁

4.擴(kuò)音機(jī)電路——功率放大器應(yīng)用實(shí)例圖5.4.4是一個(gè)擴(kuò)音機(jī)電路。本電路可劃分為三個(gè)部分：輸入級(jí)、輸出級(jí)和音調(diào)控制電路。電路由±15V直流電源供電。電阻R22、R23、R2