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低频第五章

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第5 章
低频功率放大器
5.1 概述
5.1.1 功率放大器的主要指标5.1.2 功率放大器的分类
5.1.1 功率放大器的主要指标
1.预备知识
电压放大：不失真地增大输出信号电压幅度，以驱动功放。

功率放大：以输出功率为重点，驱动负载。

电压放大和功率放大有不同的特点及指标要求，在多级放大器中，电压放大器处于前置级和中间级，而功率放大处在末级（也可能包括末前级），以驱动负载。

功率放大实质上也是能量转换电路，它的主要特点就是工作在大信号状态下。

2.主要指标
c
U o P P P −=直流电源供给功率一部分变成了有用的输出信号，剩余的部分主要变成了晶体管的管耗，即：
（3）非线性失真
由于功放工作在大信号状态下，所以很容易导致输出信号产生非线性失真。

要求功放产生的非线性失真尽可能小。

结论：
功率放大器的任务是: 在确保晶体管安全运用情况下，获得尽可能大的输出功率，尽可能高的效率和尽可能小的非线性失真。

U P c P
5.1.2 功率放大器的分类
°
=180θ导通角
°
=90θ导通角功率放大器根据功放管的导通时间的长短进行分类。

（1）甲类（A类）工作状态
在输入信号的整个周期内晶体管
都是导通的。

（2）乙类（B类）工作状态
在输入信号的半个周期内晶体管
导通。

°
<<°18090θ（3）甲乙类（AB类）工作状态
是介于甲类和乙类之间的工作状态，晶体管导通的时间大于
半个周期，但小于一个周期。

（4）丙类（C类）工作状态晶体管导通的时间小于半个周期。

°<90θ
CES CE U u =（5）丁类（D类）工作状态
此时，晶体管处于开关状态，即在输入信号的半个周期内饱和导通；在另外半个周期内，晶体管截止。

饱和导通：
五类功放的效率满足下式：
丁
丙乙甲乙甲ηηηηη<<<<
5.2 互补推挽功率放大器
5.2.1 乙类推挽功率放大器的工作原理5.2.2 乙类推挽功率放大器的分析计算5.2.3 乙类推挽功率放大器的非线性失真
采用乙类的原因：由于晶体管只在半个周期内导通，因此晶体管的集电极静态电流，所以一个周期内晶体管的平均功耗小。

5.2.1乙类推挽功率放大器的工作原理显然，集电极电流产生了严重的非线性失真
选用两只特性完全相同
的异型晶体管，轮流工作在
乙类状态。

如何解决非线性失真和高效率的矛盾？
从而在负载上获得完整的输出波形。

0=CQ I
1.电路结构
（1）和是一对对
称的异型晶体管；
（2）和分别与负载组成射极跟随器；（3）采用两组电源
供电。

两管交替工作，一只在输入
信号正半周导通，另一只在负半
周导通，犹如一推一挽，在负载
上合成完整的波形。

1VT 2VT 1VT 2VT L
R
CC U ±
u i
i
1 E
电路
组成射极跟随器
u
i
i
2
E
21E E L i i i −=
L CC R U
CC U 1CE u CESN u o L CC R U CESP u o CC U Q L R 1−CC U CC L U R CC L U R
CC U L
CC R U L
CC
R U 0
>i u 工作原理分析
0<i u i u CC
U +o
u CC U −2VT 1
VT 1
E i 2
E i
i C 1
i
2 C
5.2.3 乙类推挽功率放大器的非线性失真
t
U u im i ωcos =设L L ++++++++=)cos()2cos(2)cos(21101n cmn cm E t n I t Icm t I I i ϕωϕωϕωL
L +++++++++++=)cos()22cos(2)cos(21102n cmn cm E n t n I t Icm t I I i ϕπωϕπωϕπω1.推挽电路对偶次谐波的抑制
推挽电路中，若两管的特性完全一致，则其电压、电流波形也完全对称。

21E E L i i i −=L ++++=)3cos(2)cos(23311ϕωϕωt I t I cm cm 可见，对称的电路可以消除偶次谐波成分。

V
u o /V u o /V u i /CES CC U U −CES
CC U U +−交越失真
交越失真是指发生在信号穿越过零点时产
生的失真。

2.交越失真及消除方法
由图看出，交越失真是由晶体管发射结门限电压引起的，因此，若能给两个晶体管发射结加入适当的正向偏置电压, 使每个管子导通时间略超过T/2，以克服两管发射结死区电压的影响，就可以消除交越失真。

原理电路
（3）消除交越失真的方法a.改为甲乙类工作状态
交越失真该图是原理电路，实际上，在集成电路中，正向偏置不会直接采用电压源的方式，可以用电阻、二极管和三极管等元器件来提供。

VT
2
5.3 其它形式的功放电路
5.3.1 单电源供电的互补推挽电路5.3.2 准互补推挽功率放大器
5.3.3 集成功放电路
5.3.4 丁类音频功率放大器
VT
2和VT
3
的输出通过电容C
2
和负载相接。

V U U CC B 702./+≈2.工作原理调整VT 1的静态工作点，使由于C 2的容量很大，因此C 2充放电的时间常数远大于信号的半个周期，所以两管轮流导通时，电容两端的电压基本不变恒等于U CC /2，相当于直流电源电压，于是对VT 2、VT
CES CC u U P 21)/(−=
（1）等效为NPN管（2）等效为PNP管
（3）连接原则：
①复合管类型以第一个晶体管为准；
②应保证两管的基极电流能流通；
5.3.2 准互补推挽功率放大器2.准互补推挽电路
VT 5
作为放大管，工作在甲类
工作状态。

VT 1、VT 3以复合管的方式构
成NPN管。

VT 2、VT 4 以复合管的方式构
成PNP管。

注：VT 3和VT 4是同型管子，所以不具互补性，互补
作用是由VT 1和VT 2实现的。

5.3.4丁类音频功率放大器
5.4 功率器件、散热及保护电路
5.4.1 功率器件
5.4.2 功放管的管耗与散热
5.4.3 保护电路
在型硅衬底上生长出一层外延层，区共同构成漏区，在其上引出漏极（d极）；在外延层上掺杂扩散形成P层及层，以此为源极区并在其上引出源极(s极)；最后利用光刻技术刻蚀出纵向的V型槽，在整个表面氧化生成SiO 2层，并在V型槽表面蒸发一
层金属层形成栅极（g极）。

5.4.1 功率器件
+N −N （1）功率MOSFET
大功率MOSFET管采用纵向导电沟道，称为VMOSFET。

VVMOS管结构图−+N N +N −N
5.4.1 功率器件
（2）绝缘栅双极型功率管IGBT
是一种将MOS管和双极型晶体管组合而成的功率器件。

NMOS复合管的构成及符号
PMOS复合管的构成及符号IGBT具有大电流、高电压、低功耗、高输入电阻、小
驱动电流等特点。

5.4.3 保护电路
是附加的限流二极管。

43VD VD 、；
、不起作用正常时，43VD VD 限制管耗即可以有效地保护功放管，因此只要限制流过集电极地电流，就可以限制管耗。

（1）二极管保护电路最大输出电流为：
制了输出电流。

部分基极电流，因此限去了一
由截止转变为导通，分VD 上的压降增大
正向电流过大，R 3e22
e 3D omax /R U I ≈
5.4.3 保护电路
极管。

三是附加的限流、54VT VT ；不起作用、正常时，54T VT V （2）三极管保护电路
制了输出电流。

部分基极电流，因此限去了一
由截止转变为导通，分VT 上的压降增大正向电流过大，R 4e2。

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第五章低频功率放大电路习题及答案

第五章低频功率放大电路习题及答案

第五章低频功率放大电路一、填空题1、以功率三极管为核心构成的放大器称__________ 放大器。

它不但输出一定的_________ 还能输出一定的_______ ，也就是向负载提供一定的功率。

2、功率放大器简称_____ 。

对它的要求与低频放大电路不同，主要是：__________ 尽可能大、_______ 尽可能高、 _______ 尽可能小，还要考虑_________ 管的散热问题。

3、功放管可能工作的状态有三种：______ 类放大状态，它的失真_______ 、效率___ ；_____ 它的失真 ______ 、效率 ______ 。

4、功率放大电路功率放大管的动态范围大，电流、电压变化幅度大，工作状态有可能超越输出特性曲线的放大区，进入 ___________ 或 __________ ，产生______ 失真。

5、所谓“互补”放大器，就是利用________ 型管和 _____ 型管交替工作来实现放大。

6、OTL电路和OCL电路属于 ____ 工作状态的功率放大电路。

7、为了能使功率放大电路输出足够大的功率，一般晶体三极管应工作在 ______ 。

8、当推挽功率放大电路两只晶体管的基极电流为零时，因晶体三极管的输入特性_______ ，故在两管交替工作时产生 _______ 。

9、对于乙类互补称功放，当输入信号为正半周时，_________ 型管导通， ______ 型管截止；当输入信号为负半周时， ______ 型管导通，________ 型管截止；输入信号为零（Ui=O ）时，两管 ____ ，输出为________ 。

10、乙类互补对称功放的两功率管处于偏置工作状态，由于电压的在存在，当输入信号在正负半周交替过程中造成两功率管同时―, 引起 _________ 的失真，称为_____ 失真。

11、功率放大器按工作点在交流负载线上的位置分类有：__________ 类功放、___________类功放和 ___________ 类功放电路。

第五章 功率放大电路

第五章 功率放大电路


V C（ C V
CC U CE (sat)） RL
2.2W
m

π 4
V CC
U CE(sat) V CC

65％
5.2.2 OTL电路
1 、 OCL 电 路 线 路 简 单 、 效率高，但要采用双电源供电， 给使用和维修带来不便。
2、采用单电源供电的互 补对称电路，称为无输出变压 器（Output transformerless）的 功放电路，简称OTL电路，如 图5.2.5所示。其特点是在输出 端负载支路中串接了一个大容 量电容C2。
第五章 功率放大电路
5.1 功率放大电路概述 5.2 乙类互补对称功率放大电路 5.3 集成功率放大器 *5.4 功率管的安全使用
教学目标
1、了解功放电路特点、分类、对功放电路要求。熟悉低频
功放电路主要技术指标。
2、熟悉OCL、OTL电路组成、工作原理、性能参数估算方
法。
3、掌握交越失真产生原因、消除交越失真方法。 4、掌握复合管组成原则。
教学目标
5、熟悉常用集成功率放大器（LA4102、LM386、TDA2030
等）引脚功能，了解其主要技术指标。熟悉集成功放应用电 路组成、外接元器件作用，会估算闭环增益。
6、选学BTL电路原理及其由集成功放构成的应用电路。
7、选学功放管二次击穿和热致击穿现象及其保护措施，功
放管等功率器件散热计算及散热片的选择。
2、功放管的最大耐压U（BR）CEO 当一只管子饱和导通时，另一只管子承受的最大反向电
压为2VCC。故
U (BR)CEO 2VCC
3、功放管的最大集电极电流
I
CM

VCC RL
4、选择示例
【学习】第五章信号调理电路

【学习】第五章信号调理电路


一般采用音频交流电压（5～10kHZ）作为电桥电源。 这时，电桥输出将为调制波，外界工频干扰不易从线路 中引入，并且后接交流放大电路简单无零漂。
采用交流电桥时，必须注意影响测量误差的一些因素。
如：电桥中元件之间的互感影响；无感电阻的残余阻抗； 邻近交流电路对电桥的感应作用；泄漏电阻以及元件之间、 元件与地之间的分布电容等。
整理课件
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§2 调频与解调
（1）调频
调频（频率调制）是利用信号电 压的幅值控制一个振荡器，振荡 器输出的是等幅波，但其振荡频 率偏移量和信号电压成正比。
当信号电压为零时，调频波的频率等于中心频率（载波频 率）；信号电压为正值时频率提高，负值时则降低。所以调 频波是随信号而变化的疏密不等的等幅波。
-fm
fm
－f0
f0
时域分析
频域分析
由脉冲函数的卷积性质知：一个函数与单位脉冲函数卷积的结
果，就是将其以坐标原点为中心的频谱平移到该脉冲函数处。
即调制后的结果就相当于把原信号的频谱图形由原点平移至
载波频率 f 0 处，幅值减半。
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从调幅原理看，载波频率 f 0 必须高于原 信号中的最高频率 f m 才能使已调波仍 保持原信号的频谱图形，不致重叠。
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g(t)1 2x(t)1 2x(t)co4sf0t
据傅里叶变换性质可得：
G (f) 1 2X (f) 1 4X (f 2 f0 ) 1 4X (f 2 f0 )
若用一个低通滤波器滤去中心
频率为 2 f 0 的高频成分，那
么将可以复现原信号的频谱 （幅值减小为一半），若用放 大处理来补偿幅值减小，可得 到原调制信号。
第五章 频域响应法

第五章 频域响应法

第五章 频域响应法5-1 频率特性一． 频率特性的基本概念1. 所谓频率特性，即在零初始条件下，系统输入在正弦信号的控制下，其稳态输出C(t) 的被控制量信号的幅值A(ω)和相角ψ（ω）随r(t)信号的角频率ω变化的规律，记为G(j ω)。

G(j ω)=G(S)| s=j ω C(j ω) C(s)G(j ω)== R(j ω) R(s)| s=j ωb 0(j ω) m +b 1(j ω) 1+m +……+b 1-m (j ω)+b m G(j ω)=( j ω) n +a 1(j ω) 1-n +……a 1-n (j ω)+a n2、G(j ω)的数模表达式有两种标准式: （1）Nyquist 标准式：G(j ω)=︱G(j ω)︱e)(jw G j ∠=u(ω)+jv(ω)其中A(j ω)= ︱G(j ω)︱称为幅频特性，是ω的偶函数。

ψ(ω)= ∠G(j ω) 称为相频特性，是ω的奇函数。

u(ω)=Re [G(j ω)]为实部； v(ω)=Im [G(j ω)]为虚部。

（2）Bode 表达式：L (ω)=20lg [A(j ω) ] 称为对数幅频，ψ(ω)= ∠G(j ω) 称为对数相频。

二． 频率特性的图解表示法在工程分析和设计中，通常把频率特性画成曲线，从这些频率特性曲线出发研究。

现以RC 网络为例。

如图5-2。

其频率特性为G(j ω)=)(11jw T +（T=RC ）。

A(ω)= G(j ω)=2)(11TW +；ψ(ω)=-arctg(T ω)1.极坐标图----Nyquist图当ω=0→∞变化时,A(ω)和φ(ω)随ω而变,以A(ω)作幅值,φ(ω)作相角的端点在s平面上形成的轨迹,称Nyquist曲线（幅相频率特性曲线）简称幅相曲线即Nyquist图，是频率响应法中常用的一种曲线。

2、对数坐标图----Bode图对数频率特性曲线又称Bode曲线，包括对数幅频和对数相频两条曲线。