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低频功率放大电路

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第9章低频功率放大电路本章要点●功放的特点与分类●OCL电路原理与特性分析●OTL电路原理与调试方法●BTL电路组成与原理●VMOS功放的特点与应用本章难点●OCL电路性能指标分析●OTL电路调试方法无论分立元件放大器还是集成放大器，其末级都要接实际负载。

一般负载上的信号的电流和电压多要求较大，即负载要求放大器输出较大的功率以便推动如扬声器、电动机之类的功率负载，故称之为功率放大器，简称功放。

功率放大电路的主要任务是：放大信号功率。

功率放大电路按放大信号频率，可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。

前者用于放大音频范围(几十赫兹到几千赫兹)的信号，后者用于放大射频范围(几百千赫兹到几十兆赫兹)的信号。

本章仅介绍低频功率放大电路。

9.1 功率放大电路概述9.1.1 功率放大电路的特点功率放大器的主要任务是向负载提供较大的信号功率，故功率放大器应具有以下几个主要特点。

1. 输出功率要足够大为获得足够大的输出功率，功放管的电压和电流变化范围应很大。

如输入信号是某一频率的正弦信号，则输出功率的表达式为P o =I o U o (9-1) 改用振幅值表示，公式9-1又为P o = 12I om U om(9-2)2. 效率要高功率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。

模拟电子技术194 O DC= P P (9-3) 式中， P o 为信号输出功率，P DC 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。

3. 非线性失真要小功率放大器是在大信号状态下工作，电压、电流摆动幅度很大，而且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。

在实际应用中，要采取措施减少失真，使之满足负载 要求。

4. 图解法进行估算由于功放工作在大信号状态，实际上已不属于线性电路的范围，故不能用小信号微变电路的分析方法，通常采用图解法对其输出功率、效率等指标作粗略估算。

9.1.2 功率放大器工作状态的分类功率放大电路按放大器中三极管静态工作点设置的不同，可分为甲类、乙类和甲乙类三种，如图9-1所示。

甲类功率放大电路的特征是工作点在负载线线性段的中点，在输入信号的整个周期内，晶体管均导通，有电流流过，功放的导通角θ=360°。

乙类功率放大电路的特征是工作点设置在截至区，在输入信号的整个周期内，晶体管仅在半个周期内导通，有电流流过，功放的导通角θ =180°。

甲乙类功率放大电路的特征是工作点设置在放大区内，但很接近截至区，管子在大半周期间导通，有电流流过，功放的导通角180°<θ<360°。

在甲类功率放大电路中，由于在信号全周期范围内管子均导通，故非线性失真较小，但是输出和效率均较低，因而在低频功率放大电路中主要用乙类或甲乙类功率放大电路。

图9-1 甲类、乙类、甲乙类功放电路工作状态第9章 低频功率放大电路 1959.2 双电源互补对称功率放大电路(OCL 电路)单管甲类功率放大电路简单，只需要一个功率管便可工作。

由于它的效率低，而且为了实现阻抗匹配，需要用变压器，而变压器具有体积大、重量重、频率特性差、耗费金属材料、加工制造麻烦等缺点，因而，目前一般不采用单管甲类功率放大电路。

乙类功率放大电路具有能量转换效率高的特点，常作为功率放大器。

但乙类放大电路只能放大半个周期的信号，常用两个对称的乙类放大电路分别放大正、负半周的信号，然后合成完整的波形输出，即采用互补对称功率放大电路。

9.2.1 电路组成和工作原理双电源互补对称电路如图9-2所示，这类电路无输出电容的功率放大电路，简称OCL 电路。

图中T 1为NPN 型三极管，T 2 为PNP 型三极管。

为保证工作状态良好，要求该电路具有良好的对称性，即T 1、T 2管特性对称，并且正负电源对称。

当信号为零时，偏流为零，它们均工作在乙类放大状态。

电路工作原理如下所述。

1. 静态分析当输入信号u i =0时，两个三极管都工作在截止区，此时I B Q 、I C Q 、I E Q 均为零，负载上无电流通过，输出电压u o =0。

2. 动态分析 当输入信号工作在正半周时，由于U i >0，三极管T 1导通，T 2截止，T 1管的射极电流i e1经+V CC 自上而下流过负载电阻，在R L 上形成正半周输出电压，u o >0。

当输入信号工作在正半周时，由于U i <0，三极管T 1截止，T 2导通，T 2管的射极电流i e2经-V CC 自下而上流过负载电阻，在R L 上形成负半周输出电压，u o >0。

不难看出，在输入信号u i 的一个周期内，即T 1、T 2管交替工作，流过R L 的电流为一完整的正弦波信号。

9.2.2 性能分析双电源互补对称电路工作图解分析如图9-3所示。

图9-3(a)为T 1管导通时的工作情况。

图9-3(b)是将T 2管的导通特性倒置后与T 1特性画在一起，让静态工作点Q 重合。

形成两管合成曲线，图中交流负载线为一条通过表态工作点的斜率L1R 的直线AB 。

由图9-3可看出输出电流、电压的最大允放变化范围分别为2I cm 和2U cem ，I cm 和U cem 分别为集电极正弦电流和电压的振幅值。

有关性能指标计算如下。

图9-2 基本OCL 电路模拟电子技术196cem U cemU cemU cemU图9-3 双电源互补对称电路图解分析1. 输出功率P o2m c e m o c m c e m L11=22U P I U R (9-4) 当考虑饱和压降U ces 时，输出的最大电压幅值为U cem =U cc -U ces (9-5)一般情况下输出电压的幅值U cem 总是小于电源电压V CC 值，故引入电源利用系数κ cem CC=U V κ (9-6) 将式9-6代入式9-4得222cem CC o L L 11==22κU V P R R (9-7) 当忽略饱和压降U ces 时，即κ=1，输出功率P om 可按下式估算2CC om L1=2V P R (9-8) 2. 效率η由式9-3可知计算效率应先求出电源供给功率P DC 。

在乙类互补对称放大电路中，每个晶体管的集电极电流的波形均为半个周期的正弦波形。

其波形如图9-4所示，其平均值I D(AV)为2π2πD(AV)c1cm cm 0011=d()=sin d()=2ππI i t I t t I ωωω⎰⎰ (9-9) 因此，直流电源V cc 供给的功率为2cem cc DC1D(AV)cc cm cc cc L L 11====πππκU V P I V I V V R R (9-10) 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图9-4 集电极电流i c 波形第9章 低频功率放大电路 1972cc DC L2=πU P R κ (9-11) 将式(9-7)、式(9-11)代入式(9-3)是则得o DC π==4ηκP P (9-12) 当κ=1时，效率η最高，即 max π78.5%4η=≈ (9-13) 【例9-1】 在图9-2所示乙类互补对称放大电路中，已知V cc =12V ，R L =8Ω，试求：当输入信号足够大，集电极电压充分运用时的P om 、P DCm 、m η。

解 输入信号足够大时，忽略管子饱和压降，输出电压幅值约等于电源电压，由式(9-8)得，最大输出功率为22CC om L 112=9228==⨯V P R (W) 由式(9-11)得，κ=1时，电源供给最大功率为2cc DCm om L 244===9=11.5πππ⨯V P P R (W) 此时的效率为om m DCm 9===78.5%11.5P P η 9.2.3 交越失真的消除实际中晶体管输入特性的门限电压不为零，且电压、电流关系也不是线性关系，在输入电压较低时，输入基极电流很小，故输出电流也很小，因此输出电压在输入电压较小时，存在一小段死区，此段输出电压与输入电压不存在线性关系，产生了失真。

由于这种失真出现在通过零值处，故称为交越失真。

交越失真波形如图9-5所示。

克服交越失真的措施就是避开死区电压区，使每一个晶体管处于微导通状态。

输入信号一旦加入，晶体管立即进入线性放大区，而在静态时，虽然每一个晶体管处于微导通状态，由于电路对称，两管静态电流相等，流过负载电流为零，从而消除了交越失真。

图9-6是OCL 电路设置静态偏置消除交越失真的一种方法。

偏置电路主要由二极管D 1、D 2和电位器R P 组成。

调节R P 可以使三极管T 1和T 2的基极直流电位之差稍大于两管的死区电压之和，这样每个管子就能得到一个合适的静态偏压。

而且二极管的接入还具有温度补偿作用，可以稳定T 1、T 2管的静态工作点。

对于变化信号而言，由于二极管的动态电阻和电位器R P 的值很小，可以认为加到T 1、T 2管基极上的信号电压基本相等，输出信号正负半周仍然对称。

模拟电子技术198图9-5 交越失真的产生图9-6 消除交越失真的电路9.2.4 用复合管组成互补对称电路功率放大电路的输出电流一般很大。

例如当有效值为12V的输出电压至8 的负载上，将有 1.5A的有效值电流流过功率管，其振幅值约为 2.12A。

而一般功率管的电流由放大系数均不大，若设β=20，则要求基极推动电流为100mA以上，这样大的电流由前级供给十分困难，为此需要进行电流放大。

一般通过复合管来解决此问题。

由复合管组成的互补功率放大电路如图9-7所示，图中，要求T3和T4即要互补又要能对称，这对于NPN型和PNP型两种大功率管来说，一般是比较难以实现的(尤其一个是硅管，而另一个是锗管时)。

为此最好选T3和T4是同一种型号的管子，通过复合管的接法来实现互补，这样组成的电路称为准互补电路，如图9-8所示，调节图中的R b和R c可使T3和T4有一个合适的工作点。

图9-7 复合管互补对称功放图9-8 准互补对称功放由上所述，复合管不仅解决了大功率管β值低的困难，而且也解决了大功率管难以实第9章低频功率放大电路199 现互补对称的困难，故在功率放大电路中广泛采用了复合管。

9.2.5 OCL电路的应用分析图9-9为OCL准互补对称功率放大电路，它由输入极、中间级、输出极及偏置电路组成。

输入极是由T1、T2和T3组成的单端输入、单端输出的共射组态恒流源式差动放大电路，并从T1的集电极处取出输出信号加至中间级。

中间级是由T4、V5组成的共射组态放大电路，T5是恒流源，作为T4的有源负载。

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OTL低频功率放大电路

OTL低频功率放大电路

TOL功率放大电路如图所示为OTL低频功率放大器。

其中由晶体三极管T1组成推动级，T2、T3是一对参数对称的NPN和PNP型晶体三极管，他们组成互补推挽OTL功放电路。

由于每一个管子都接成射极输出器形式，因此具有输出电阻低，负载能力强等优点，适合于作功率输出级。

T1管工作于甲类状态，它的集电极电流Ic1的一部分流经电位器RW2及二极管D，给T2、T3提供偏压。

调节RW2，可以使T2、T3得到适合的静态电流而工作于甲、乙类状态，以克服交越失真。

静态时要求输出端中点A的电位UA =1/2UCC，可以通过调节RW1来实现，又由于RW1的一端接在A点，因此在电路中引入直流电压并联负反馈，一方面能够稳定放大器的静态工作点，同时也改善了非线性失真。

当输入正弦交流信号Ui 时，经T1放大、倒相后同时作用于T2、T3的基极，U i 的负半周使T2管导通(T3管截止)，有电流通过负载RL，同时向电容C充电，在U i 的正半周，T3导通(T2截止)，则已充好的电容器C起着电源的作用，通过负载R L 放电，这样在RL上就得到完整的正弦波。

C2和R构成自举电路，用于提高输出电压正半周的幅度，以得到大的动态范围。

OTL电路的主要性能指标1、最大不失真输出功率Pom理想情况下，Pom =UCC2/8RL，在实验中可通过测量RL两端的电压有效值，来求得实际的POM =UO2/RL。

2、效率=POM /PE×100%PE－直流电源供给的平均功率理想情况下，功率Max =78.5%。

在实验中，可测量电源供给的平均电流Idc，从而求得PE =UCC×Idc，负载上的交流功率已用上述方法求出，因而也就可以计算实际效率了。

3、频率响应当声音功率比正常功率低3dB时，这个功率点称为频率响应的高频截止点和低频截止点。

高频截止点与低频截止点之间的频率，即为该设备的频率响应。

4、输入灵敏度输入灵敏度是指输出最大不失真功率时，输入信号Ui之值。

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=0）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。

12、甲乙类推挽功放电路与乙类功放电路比较，前者加了偏置电路图向功放管提代少量，以减少失真。

13、乙类互补对称功放允许输出的最大功率Pom= 。

总的管耗Pc= 。

14、为了避免输出变压器给功放电路带来的不便和失真，出现了功放电路；为了避免输出电容引出的失真，又出现了功放电路。

15、所谓复合功率管就是由一个功率三极管和一个功率三极管组成的大功率效三极管。

它分型管组合和型管组合两种。

复合管的等效电流放大系数β= 。

二、选择题1、交越失真是一种（）失真。

A、截止失真B、饱和失真C、非线性失真2、OTL和OCL电路的主要区别是（）A、有无输出电容B、双电源或单电源供电3、OCL甲乙类功放电路的效率可达（）A、25%B、78.5%4、甲类单管变压器耦合功率放大器集电极静态工作电流为I CQ，电源电压E C，输出最大功率为（）。

低频功放电路分类

低频功放电路分类

低频功放电路分类低频功放电路分类低频功放电路是指用于放大音频信号的电路，主要应用于音响系统、音乐播放器等设备中。

根据不同的放大方式和电路结构，低频功放电路可以分为以下几类。

一、A类功放电路A类功放电路是最基本的一种低频功放电路，其特点是输出信号的波形与输入信号完全相同，也就是说没有失真。

但由于需要一定的偏置电流才能工作，因此其效率较低，只有5%左右。

此外，由于需要经常工作在高温状态下，因此散热问题也比较严重。

二、AB类功放电路AB类功放电路是在A类基础上改进而来的一种低频功放电路。

其特点是在输出信号小于一定值时采用A类方式工作，在输出信号大于该值时则采用B类方式工作。

这样可以兼顾效率和失真程度两个方面。

AB 类功放电路的效率可达30%左右，失真程度也较小。

三、B类功放电路B类功放电路只有在输入信号超过某个阈值时才会开始工作。

这种方式虽然能够提高效率（达到70%以上），但输出信号会出现交错失真，需要通过反馈电路进行校正。

B类功放电路常用于大功率输出的场合。

四、C类功放电路C类功放电路是一种纯粹的开关型电路，只有在输入信号超过某个阈值时才会开启。

由于只有在极短时间内工作，故效率非常高（可达90%以上），但失真程度也非常大。

C类功放电路常用于需要大功率输出且失真程度不是很重要的场合。

五、D类功放电路D类功放电路是一种数字式低频功放电路，采用PWM技术将音频信号转换成数字信号后再进行处理。

由于数字信号具有开关特性，因此D类功放电路实际上是一种开关型电路。

其效率非常高（可达95%以上），而且失真程度也较小。

D类功放电路常用于便携式音响设备中。

六、E类功放电路E类功放电路是指采用共振转换器（LLC）技术实现的低频功放电路。

由于共振转换器具有高效率和低噪声等特点，因此E类功放电路可以同时兼顾高效率和低失真程度。

目前，E类功放电路已经成为一些高端音响设备的标配。

总结不同的低频功放电路具有不同的特点和适用场合。

在选择低频功放电路时，需要根据实际需求和预算进行综合考虑。

低频功率放大器实验报告(word文档良心出品)

低频功率放大器实验报告(word文档良心出品)

低频功率放大器实验人员：吴科进皮强强刘艳兰实验任务：设计并制作一个低频功率放大器实验要求：（1）输入级使用差分放大器，输出级使用乙类功放电路（2）负载8Ω；（3）输入信号电压为5mV；（4）额定输出功率为POR≥10W；（5）非线性失真≤3% ；（6）电源效率≥55 %；（7）交流噪声功率≤10mW课题分析：因额定输出功率POR≥10W，且负载R=8Ω，则由2=P I R及2/=可知输出电压有效值U≥9V，峰值U≥12.7V，P U R≥1.58A。

输入信号的电而电流的有效值I≥1.12A,峰值各部分电路参数的计算：（1） 电源设定：要求输出电压峰值为13V ,又因有一定的电压损耗,最终设置为 18V .（2） 互补乙类功放部分：用复合管组成的互补乙类功放电路,电阻2R 和16R 起着限制输出电流，吸收TIP31C 和TIP32C 的BE V 值随温度变化的作用，其值太小不能对温度的吸收又太高的期望，但是，该发射极电阻E R 一增大，因发射极电阻的压降，能够输出的最大电压就下降，所以E R 不能太大，是负载的1/10以下，通常只有数欧，在此，取2R =16R =500m Ω。

在输出部分加一个1000uF 电容，起到隔直通交的目的，与负载形成高通滤波器。

（3） 避免交越失真部分：因要求输出电流的峰值为1.58A ，而TIP31C 的电流放大倍数β=20，所以流进前级的TIP31C 基极的交流信号电流的峰值为1.58/20/20=4mA,因此流过8R 的直流电流C I 应大于4mA,但也不能太大，在此选取为100mA ，设流过Tr5集电极的电流为20mA,Tr5的电流放大倍数β=200，则基极电流为0.1mA,因此可设流过3R 和9R 的电流为2mA,因Tr5的 be U =0.7V ,则9R =0.7V/2m A=350Ω，要使TIP31C 与TIP32C 处于微导通则3R 和9R 两端的电压至少为 1.4V ，3R +9R =1.4V/2mA=700Ω,9R =700-3R =350Ω,因此选择9R 为1K Ω的电位器。