第二十一讲 低频功率放大器

2005.4.26

主要内容：

1. 低频功率放大器

2. 集成功率放达电路3. 整流电路

第 8 章

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8.1 低频功率放大电路8.1 低频功率放大电路

8.1.1 概述8.1.1 概述8.1.2 基本功率放大电路8.1.2 基本功率放大电路8.1.3 集成功率放大器举例8.1.3 集成功率放大器举例

例： 扩音系统执行机构

功率放大器的作用： 用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、 仪表指针偏转等。

8.1.1 概述

功率放大

电压放大

信号提取

一、对功放电路的要求

（ 2 ） 晶体管在极限条件下工作 : I

CM 、 UCEM 、 PCM 。

ICM

PCM

UCEM

Ic

uce

（ 1 ）输出功率 Po 尽可能大

(3) 电流、电压信号比较大，注意减小波形失真

(4) 注意提高电路的效率（）。

Pomax : 负载上得到的交流信号功率。PE ： 电源提供的直流功率。

%100max E

o

P

P

（ 5 ）功放管散热和保护问题

二 . 甲类功率放大器的效率分析

1. 三极管的静态功耗：

若 CCCEQ VU2

1 的功耗相等则三极管和负载电阻 LR

CQCEQTIUP

CQCCRLT IVPP 2

1

在信号的一个周期内无失真的完成功率放大为甲类放大器

iC

vCE

2. 动态功耗（当输入信号 ui 时）放大电路向电阻性负载提供的输出功率

omomomom

o 2

1

22IV

IVP

在输出特性曲线上，正好是三角形 ABQ 的面积，这一三角形称为功率三角形。

最大输出功率

CQCC IVP )2

1(

2

10

最大输出功率时

电源提供的功率

此电路的最高效率 25.00 E

m

P

P

甲类功率放大器存在的缺点：• 输出功率小• 静态功率大，效率低

iC

ωt

CQCCCmCQCCCCCE IVtdtIIVtdiVP

)sin(

2

1)(

2

1 2

0

2

0

忽略 IB ，

收音机， 100mW 输出，此效率耗电 500 mW ， 6V 电源， 83mA 电流

晶体管的三种工作状态：晶体管的三种工作状态：

要提高效率就要减小直流静态电流，让功率放大电路工作在乙类状态。

iC iC

iC

iC iC

uCE

uCE

uCEωt

ωt

ωt

甲类

乙类

甲乙类

iC

●

●Q

Q

Q●

第 8 章

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8.1.2 基本功率放大电路8.1.2 基本功率放大电路1.OCL 电路1.OCL 电路 ui

iC1

iC2

O

O

O

O ωt

ωt

ωt

ωt

uo

第 8 章

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电路组成

返回

io

iC1

iC2

T1

T2

E

+UCC

ui

+

-uo

+

-

－ UCC

静态功率如何

功率计算 功率计算1. 输出功率： Po = —— · —— = — Uom Iom

21Uom

√ 2

Iom

√ 2

02. 直流电源功率： PE = 2 · — ∫ UCC iC1 dωt2π1 π

= —— ∫ Iomsin ωt d ωtπ 0

πUCC

= —— UCCπ2Iom

3. 效率： η= —— = ———— = —— · —— PE

Po

—— 2Iom π

UCC

21— Uom Iom

4π Uom

UCC

Uom 最大可达到 UCC ，ηmax = —— = 78.5%π

4

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4. 功率管选择： PCMAX ＝ 0.2POM

+UCC

E

T1

T2 RL

+

＋

－

uO

C

ui

+

－ －

+

电路组成与工作原理电路组成与工作原理

iC1

iC2

2. OTL 电路2. OTL 电路第 8 章

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ui

0ωt

静态直流偏置

u0

0ωt

uo

＋

－ui

＋

－

+UCCR3

R4

R1

R2

RL

RE1

RE3

RE2

T2

T3

T1

E

B

C1

CL

CE

D2

D1

+

+

+

实用电路实用电路第 8 章

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＋

－

如图所示运算放大器电流扩展电路，可将输出电流扩展到安培级。若负载阻抗为 8Ω, 依图结构设计电路，要求放大器输入电阻为 1K Ω ，放大倍数为 100 ，输出电流 0.5A 。

运放与单元组合电路的分析

第 8 章

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8.1.3 集成功率放大器举例8.1.3 集成功率放大器举例

中间级

启动偏置电路

短路过热保护

短路过热保护

输出级

输入级

+

_2

4

3

5

1

TDA2030 集成音频功率放大器

1 2 3 4 5

同相输入

反相输入

负电压

正电压

输出

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第 8 章由 TDA2030 构成的 OCL 电路

F22.0

+UCC

－UCC

RL

TDA2030

1

23

4

5

F1.0

F1

F1.0

R1

R2

R3

D1

D2

C1

C2 C4

C3

C5

ui

22kΩ

22kΩ

680Ω

F22

R41Ω

1 为同相端输入2 为反相端输入4 为输出

K100

K100

K100 K7.4

K150

1

+UCCD1

D2

F5

F22

F2 0.22

μF

F2000

F1.0

TDA2030

1

23

4

5

第 8 章由 TDA2030 构成的 OTL 电路

8.2 直流稳压电源8.2 直流稳压电源

1 单相桥式整流电路1 单相桥式整流电路2 滤波电路2 滤波电路3 串联型稳压电路3 串联型稳压电路

第 8 章

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概述概述

模拟直流电源的原理方框图模拟直流电源的原理方框图

电源变压器 整流电路 滤波电路 稳压电路u2

uR

uouFuRu2u1

第 8 章

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t t

u1

t0 0 0

uF

t0

uo

t0

概述概述

反馈稳压电路

开关电源框图

变压器整流电路 滤波电路

uouFu2u1

整流电路PWM 调制电路

交流输入

直流 311V

高频脉宽调制波形

交流电压

直流

稳定直流

u1

t0 0

uF

t0

uF

t0

uo

t0

u1

t0 0

u1

t0

t

uD

O

8.2.1 8.2.1 单相半波整流电路单相半波整流电路

2. 2. 工作原理工作原理 uu 正半周，正半周， VVaa>V>Vbb ，，二极管二极管 DD 导通；导通；

3. 3. 工作波形工作波形

u 负半周， Va< Vb ， 二极管 D 截止 。

1. 1. 电路结构电路结构

–

+ +

–

aTrD

uou

b

RL

iou

tO

uo

Ot

U2

U2

U2

4. 4. 参数计算参数计算(1) (1) 整流电压平均值 整流电压平均值 UUoo

(2) (2) 整流电流平均值 整流电流平均值 IIooLL R

U

R

UI 45.0o

o

(3) (3) 流过每管电流平均值 流过每管电流平均值 IIDD oD II

(4) (4) 每管承受的最高反向电压 每管承受的最高反向电压 UUDRMDRM UU 2DRM

(5) (5) 变压器副边电流有效值 变压器副边电流有效值 II

o57.1 d) sin(2

1 2m IttII ∫

) d( sin22

1ttU U0.45oU ∫

π

π

0

5. 5. 整流二极管的选择整流二极管的选择 平均电流 平均电流 IID D 与最高反向电压 与最高反向电压 UUDRMDRM 是选择整是选择整流二极管的主要依据。流二极管的主要依据。

选管时应满足：选管时应满足： IIOMOM IIDD ， ， UURWMRWM UUDRM DRM

作业： 8.1.1 ， 8.1.2 ， 8.1.3

作业6.1.2:(1) 应调到略小于 1.5KΩ

(2)f0=99.5Hz~995Hz

6.1.3: 不能。首先，电路连接不对，改变运放输入端极性。其次，调整电阻阻值

Rf ＝ 2R1

6.1.4 ： a 能振荡， bcd 不能振荡（相位不对）

5.5.2 解： UR=2v 时，当 ui ＜ 2v, 运放饱和， vo=6v, 当 ui ＞ 2v,运放反相饱和， vo= － 6v 。输出波形在 ui=2v 时跳变。

UR=0v 时，电路为反相输入过零比较器。输出波形在 ui=0v 时跳变。 UR= － 2v 时，输出波形在 ui= － 2v 时跳变。

5.5.4解： UR=1v 时， UTH=2.6V,UTL=-1V, U△ T==3.6V. 嗲尼亚传输特性和输入、输出波形如图 5.13 （ a ）。 UR= － 1v 时， U

TH=1V,UTL=-2.6V, U△ T==3.6V. 嗲尼亚传输特性和输入、输出波形如图5.13 （ b ）。

5.5.5

解：运放正向饱和压降为 6V ，

U ＋ H ＝34 ui

32＋

（用叠加原理可直接写出）