项目5 功率放大电路
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1、项目五 音频功率放大电路模拟电子技术项目化教程项目概述在实用电子电路中，往往要求放大电路的末级（输出级）输出有足够大的信号功率去驱动负载，如扬声器、继电器、指示表头或显示器等，这就要求末级电路不但要输出大幅度的电压，而且要输出大幅度的电流，即输出足够大的功率。这种向负载提供不失真功率的电路，称为功率放大器，简称功放。根据放大信号频率的高低，功放分为低频功放和高频功入，本章只讨论低频功放。本章先介绍功放的特点、分类和主要性能指标，然后围绕功放的输出功率、效率和非线性失真之间的解决措施，分析几种主要的功放电路。项目引导教学目的教学目的：1功放电路特点、分类、对功放电路要求；低频功放电路主要技术指标
2、。 2OCL、OTL电路组成、工作原理、性能参数估算方法。常用集成功率放大器（LM386、TDA2030等）引脚功能，其主要技术指标。集成功放应用电路组成、外接元器件作用，会估算闭环增益。 3音频功放电路的仿真与调试。4音频功放电路的制作与调试；用万用表检测各种元器件。5电路常见故障排查。项目引导项目要求：项目要求：1工作任务：音频功放电路的设计、制作与调试2性能指标：输出最大不失真功率0.5W。项目引导参考电路：参考电路：项目引导项目咨询：项目咨询：工作任务学习目标任务一认识功率放大电路1了解功放电路特点、分类、对功放电路要求。；2熟悉低频功放电路主要技术指标；3熟悉OCL、OTL电路组成、
3、工作原理、性能参数估算方法；4掌握交越失真产生原因、消除交越失真方法；5掌握构成复合管组成原则和特点。任务二常用集成功率放大电路1熟悉常用集成功率放大器（LM386、TDA2030、LM1875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；2能应用仿真软件Multisim进行仿真电路的连接，并使用示波器观察、测量输出波形。1功率放大器的特点任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述 能够向负载提供足够不失真功率的放大电路称为功率放大电路（Power amplifier），简称功放。 从能量控制的观点来看，功率放大电路与电压放大电路都属于能量转
4、换电路，均将电源的直流功率转换成被放大信号的交流功率。两种电路的比较如下表所示： 1)、应有足够大的输出功率。2)、效率要尽可能的高。3)、非线性失真要小。4)、功率管要采取散热等保护措施。 2功率放大电路的要求任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述1）按静态工作点分类 3功率放大电路的分类任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述 2）按信号频率分类(1)低频 本章讨论(2)高频 高频电路中讨论 3功率放大电路的分类任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述 Iom表示输出电流振幅，Uom表示输出电压振幅。omomomomo212121UIUIP 1）最大输出功率Pom
5、 输出功率Po等于输出电压与输出电流的有效值乘积，即 最大输出功率Pom是在电路参数确定的情况下，负载上可能获得的最大交流功率。 3功率放大电器的主要性能指标任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述PPVo就是负载上得到的有用信号功率Po与电源供给的直流功率PV之比 1）效率 3功率放大电器的主要性能指标任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述式中，Im1、Im2、Im3和Um1、Um2、Um3分别表示输出电流和输出电压中的基波分量和各次谐波分量的振幅。 UUUIIITHD2m32m2m12m32m2m111THD用来衡量非线性失真的程度，即： 1）非线性失真系数THD 3功率
6、放大电器的主要性能指标任务1：认识功率放大电路5.1.1 功放电路概述1基本电路及其工作原理任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路双电源互补对称电路又称无输出电容的功放电路，简称OCL电路，其原理电路如图所示。图中V1、V2为导电类型互补（NPN、 PNP）且性能参数完全相同的功放管。两管均接成射极输出电路以增强带负载能力。 1）静态分析 静态时两管零偏而截止, 故静态电流为零，又由于两管特性对称，故两管输出端的静态电压为零。2）动态工作情况 电路输入如上图（b）所示的正弦信号。(1)在ui正半周期间， V1发射结正偏而导通，V2发射结反偏而截止。(2)在ui负半周期间，V1发射结
7、反偏截止，V2发射结正偏导通。 V1、V2两管分别在正、负半周轮流工作，使负载RL获得一个完整的正弦波信号电压，如上图（c）所示。1基本电路及其工作原理任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路当输入信号足够大时，Ucem=VCCUCE(sat)VCC，则 RUUIPL2cemcemcmo2121L2CCLsat)(CECC2L2cemom212121RVRUVRUP）（1）最大输出功率Pom由图可见，IomIcm，UomUcem，得 2电路性能参数计算任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路LcemCCcmCCCCavEEavCCavV2=2=2=+=RUVIVVIVIVI
8、P 根据傅里叶级数分解，周期性半波电流的平均值IavIcm / ，因此正负电源供给的直流功率 2）直流电源供给功率PV 2电路性能参数计算任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路）（）（41=21=2cemcemCCLoVC1UUVRPPP (2)输出最大功率时的管耗Pc1(UcemVcc) Pc1(Ucem)0.137Pom。 (3)最大管耗 当 Ucem= 时出现最大管耗，且为Pcm10.2Pom。CC2V (1)平均管耗 由于V1、V2各导通半个周期，且两管对称，故两管的管耗相同，每只管子的平均管耗为 ：3）管耗PC 2电路性能参数计算任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL
9、放大电路CCcemVo4VUPP当电路输出最大功率时，UcemVCC， 5 .784m4）效率2电路性能参数计算任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路omcm1CM20P.PPCC(BR)CEO2VULCCCMRVI功放管的极限参数有PCM、ICM、U（BR）CEO，应满足下列条件 1）、功放管集电极的最大允许功耗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。 3）、功放管的最大集电极电流3功放管的选择任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路例1 OCL电路的VCC Vcc 20V，负载RL8，功放管如何选择？ 解：
10、（1）最大输出功率 W25W82021212L2CComRVPW5W252 . 02 . 0omCMPPV40V2022CC(BR)CEO VUA5 . 2A820LCCCMRVI任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路3功放管的选择1）交越失真 乙类放大电路静态IC为零，效率高。但只有当信号电压大于导通电压时，管子才能导通。因此，当信号电压小于导通电压时，就没有电压输出。因此，信号在过零点附近，其波形会出现失真，称为交越失真，如图所示。 任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路4交越失真及其消除2）交越失真消除为了消除交越失真，应为两功放管提供一定的偏置，一般采用如图5.
11、2.4所示电路。其中，V3组成电压放大级，Rc为其集电极负载电阻， VD1、VD2正偏导通，和RP一起为V1、V2提供偏压，使V1、V2在静态时处于微导通状态，即处于甲乙类工作状态。此外，VD1、VD2还有温度补偿作用，使V1 、V2管的静态电流基本不随温度的变化而变化。 任务1：认识功率放大电路5.1.2 OCL放大电路4交越失真及其消除在上图电路中，若RP、 VD1、VD2中任一元件虚焊，则从+VCC经Rc，V1管发射结、V2管发射结、V3集电极-发射极、Re到Vcc形成一个通路，有较大的基极电流IB1和IB2流过，从而导致V1、 V2管因功耗过大而损坏。故常在输出回路中串接熔断器以保护功
