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1、第七章 低频功率放大电路,7.1 低频功率放大电路概述 7.2 互补对称功率放大电路 7.3 集成功率放大器,7.1 低频功率放大电路概述,7.1.1 分类,t,图 7 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图,7.1.2 功率放大器的特点,1.输出功率要足够大,如输入信号是某一频率的正弦信号,则输出功率表达式为,式中,Io、Uo均为有效值。如用振幅值表示,代入公式(7-1),则,（7-1）,2.效率要高,放大器实质上是一个能量转换器,它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载,因此,要求转换效率高。为定量反映放大电路效率的高低,引入参数,它的定义为,式中,Po为信号输出
2、功率,PE是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下,输出信号功率愈大,电路的效率愈高。,(7-3),为使输出功率大,由式(7-2)可知Iom、Uom也应大,故功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件,在大信号工作状态下,器件本身的非线性问题十分突出,因此,输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。当输入是单一频率的正弦信号时,输出将会存在一定数量的谐波。谐波成分愈大,表明非线性失真愈大,通常用非线性失真系数表示,它等于谐波总量和基波成分之比 通常情况下,输出功率愈大,非线性失真就愈严重。,3.非线性失真要小,7.1.3 提高输出功率的方法,1.
3、提高电源电压,选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。,2.改善器件的散热条件,普通功率三极管的外壳较小,散热效果差,所以允许的耗散功率低。当加上散热片,使得器件的热量及时散热后,则输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片时,允许的最大功耗Pcm仅为1W,加了120mm120 mm4 mm的散热片后,其Pcm可达到10 W。在实际功率放大电路中,为了提高输出信号功率,在功放管一般加有散热片。,7.1.4 提高效率的方法,图 7 2 功放的图解法(甲类放大状态),即为MMQ的面积。,电源提供的直流功率为,放大电路输出功率为,1.改变功放管的工作状态,图 7 3 乙类放大状态
4、,2.选择最佳负载,图 7 4 最佳负载的确定,7.2 互补对称功率放大电路,7.2.1 双电源互补对称电路(OCL电路),图7 5 双电源互补对称电路,设两管的门限电压均等于零。当输入信号ui=0,则ICQ=0,两管均处于截止状态,故输出uo=0。当输入端加一正弦信号,在正半周时,由于ui0,因此V1导通、V2截止,ic1流过负载电阻RL;在负半周时,由于ui0,因此V1截止、V2导通,电流ic2通过负载电阻RL,但方向与正半周相反。即V1、V2管交替工作,流过RL的电流为一完整的正弦波信号,波形如图7-2所示。由于该电路中两个管子导电特性互为补充,电路对称,因此该电路称为互补对称功率放大电
5、路。,2.指标计算,图7 6 双电源互补对称电路的图解分析,(1)输出功率Po:,当考虑饱和压降Uces时,输出的最大电压幅值为,一般情况下,输出电压的幅值Ucem总是小于电源电压UCC值,故引入电源利用系数,(7-6),(7-4),将(7-6)式代入(7-4)式得,当忽略饱和压降Uces时,即=1,输出功率Pom可按下式估算:,图7-7Po与关系曲线,(2)效率:由(7-3)式确定。为此应先求出电源供给功PE。,图7 8 集电极电流ic波形,因此,直流电源UCC供给的功率为,因考虑是正负两组直流电源,故总的直流电源的供给功率为,当=1时,效率最高,即,图7 9 PE与的关系曲线,(3)集电极
6、功率损耗Pc:,图7-10Pc与的关系曲线,(7-14),3.存在问题,(1)交越失真。,图7 11 互补对称功率放大电路的交越失真,图7 12 克服交越失真的几种电路,图7-12(a)是利用V3管的静态电流IC3Q在电阻R1上的压降来提供V1、V2管所需的偏压,即,图7-12(b)是利用二极管的正向压降为V1、V2提供所需的偏压,即,图7-12(c)是利用UBE倍压电路向V1、V2管提供所需的偏压,其关系推导如下:,所以,(2)用复合管组成互补对称电路,图7 13 复合管的几种接法,图7 14 复合管互补对称级,图7 15 准互补对称电路,7.2.2 单电源互补对称电路(OTL电路),图7
7、16 单电源互补对称电路,7.2.3 实际功率放大电路举例,图7 17 OCL准互补对称功率放大电路,图7-18 集成运放作为前置级的OCL电路,7.3 集成功率放大器,7.3.1 内部电路组成简介,图 7-19 中虚线框内为DG4100系列单片集成功放内部电路。它由三级直接耦合放大电路和一级互补对称放大电路构成,并由单电源供电,输入及输出均通过耦合电容与信号源和负载相连,是OTL互补对称功率放大电路。,图 7-19 DG4100集成功放与外接元件总电路图,因为反馈由输出端直接引至输入端,且放大器的开环增益很高(三级电压放大),整个放大电路为深度负反馈放大器,所以,放大器的闭环电压增益约为1/F,即 当信号ui正半周输入时,V2输出也为正半周,经两级中间放大后,V7输出仍为正半周,因此V12、V13复合管导通,V8、V14管截止,在负载RL上获得正半周输出信号；当ui负半周输入时,经过相应的放大过程,在RL上取得负半周输出信号。,7.3.2 DG4100集成功放的典型接线法,图 7-20DG4100集成功放的典型接线法,
