電子技術(shù)教學(xué)資料電路與模擬電子技術(shù)第7章 基本放大電路

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1、第第7章章 基本放大電路基本放大電路 放大電路的功能是利用三極管的電流控制作用，或場(chǎng)效應(yīng)管電壓控制作用，把微弱的電信號(hào)（簡(jiǎn)稱信號(hào)，指變化的電壓、電流、功率）不失真地放大到所需的數(shù)值，實(shí)現(xiàn)將直流電源的能量部分地轉(zhuǎn)化為按輸入信號(hào)規(guī)律變化且有較大能量的輸出信號(hào)。放大電路的實(shí)質(zhì)，是一種用較小的能量去控制較大能量轉(zhuǎn)換的能量轉(zhuǎn)換裝置。 放大電路組成的原則是必須有直流電源，而且電源的設(shè)置應(yīng)保證三極管或場(chǎng)效應(yīng)管工作在線性放大狀態(tài)；元件的安排要保證信號(hào)的傳輸，即保證信號(hào)能夠從放大電路的輸入端輸入，經(jīng)過(guò)放大電路放大后從輸出端輸出；元件參數(shù)的選擇要保證信號(hào)能不失真地放大，并滿足放大電路的性能指標(biāo)要求。 本章將依據(jù)上

2、述原則，介紹幾種常用的基本放大電路的組成，討論它們的工作原理、性能指標(biāo)和基本分析方法。掌握這些基本放大電路，是學(xué)習(xí)和應(yīng)用復(fù)雜電子電路的基礎(chǔ)。 1. 1. 電路的組成電路的組成 7.1共發(fā)射極放大電路共發(fā)射極放大電路7.1.1電路組成及各元作用電路組成及各元作用 圖7.1 共發(fā)射極基本放大電路 2. 各元件作用 (1) 三極管V：實(shí)現(xiàn)電流放大。 (2) 集電極直流電源UCC :確保 三極管工作在放大狀態(tài)。 (3) 集電極負(fù)載電阻RC :將三極管集電極電流的變化轉(zhuǎn)變?yōu)殡妷鹤兓?，以?shí)現(xiàn)電壓放大。 (4) 基極偏置電阻RB :為放大電路提供靜態(tài)工作點(diǎn)。 (5) 耦合電容C1和C2 :隔直流通交流。 3

3、.工作原理 (1) ui直接加在三極管V的基極和發(fā)射極之間，引起基極電流iB作相應(yīng)的變化 。 (2) 通過(guò)V的電流放大作用， V的集電極電流iC也將變化 。 (3) iC的變化引起V的集電 極和發(fā)射極之間的電壓uCE變化。 (4) uCE中的交流分量uce經(jīng)過(guò)C2暢通地傳送給負(fù)載RL，成為輸出交流電壓uo,，實(shí)現(xiàn)了電壓放大作用。 靜態(tài)分析就是要找出一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn),通常由放大電路的直流通路來(lái)確定。如圖7.2所示。 圖7.2 共發(fā)射極放大電路的直流通路和靜態(tài)工作點(diǎn) 7.1.2 靜態(tài)分析靜態(tài)分析 靜態(tài)分析通常有兩種方法 1. 估算法 (7. 1a) (7.1b) ICIB (7. 2) UCE

4、 = UCC - IC RC (7.3) BBECCBRUUI BCCBRUI 2. 圖解法 (1) 作直流負(fù)載線 由 uCE = UCC - iC RC 令iC=0時(shí)，uCE= UCC，在橫軸上得M點(diǎn)(UCC ，0) 令uCE=0時(shí)， ，在縱軸上得N點(diǎn)(0， ) 連接M N 即直流負(fù)載線 CCCRU CCCRU (2) 求靜態(tài)工作點(diǎn) 直流負(fù)載線與iB=IB對(duì)應(yīng)的那條輸出特性曲線的交點(diǎn)Q，即為靜態(tài)工作點(diǎn)，如圖7.3(b)所示 (a) (b) 圖7.3 靜態(tài)工作點(diǎn)的圖解 例7.1 試用估算法和圖解法求圖7.4 (a) 所示放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)，已知該電路中的三極管=37.5，直流通路如圖7.4(

5、b)所示，輸出特性曲線如圖7. 4 (c) 所示。 圖7. 4 例7. 1的圖 解： 10 用估算法求靜態(tài)工作點(diǎn) 由式(7. 1)(7. 3)得 IB0.04mA=40A ICIB=37.50.04mA=1.5mA UCE=UCC - ICRC=12-1.54=6V 20 用圖解法求靜態(tài)工作點(diǎn) 由 uCE = UCC - iCRC = 12 - 4iC得 M點(diǎn)(12，0)； N點(diǎn)(0，3) MN與iB=IB=40A的那條輸出特性曲線相交點(diǎn)，即是靜態(tài)工作點(diǎn)Q。從曲線上可查出：IB=40A，IC=1.5mA，UCE=6V。與估算法所得結(jié)果一致。 3.電路參數(shù)對(duì)靜態(tài)工作點(diǎn)的影響 (1) RB 增大時(shí)

6、，IB減小，Q點(diǎn)降低，三極管趨向于截止。 (2) RB 減小時(shí)，IB 增大，Q點(diǎn)抬高，三極管趨向于飽和。此時(shí)三極管均會(huì)失去放大作用。 1. 圖解法 (1) 負(fù)載開路時(shí)輸入和輸出電壓、電流波形的分析 根據(jù)ui波形，在輸入特性曲線上求iB和uBE的波形 根據(jù)iB波形，在輸出特性曲線和直流負(fù)載線上求iC、 uRC和uCE的變化 ，如圖7.5所示。7.1.3 動(dòng)態(tài)分析動(dòng)態(tài)分析 圖7.5(a) (2) 帶負(fù)載時(shí)輸入和輸出電壓、電流波形分析 作交流負(fù)載線： 10 先作出直流負(fù)載線MN，確定Q點(diǎn)。 20 在uCE坐標(biāo)軸上，以UCE為起點(diǎn)向正方向取一段IC R/L 的電壓值，得到C點(diǎn)。 30 過(guò)CQ作直線CD

7、，即為交流負(fù)載線，如圖7. 5所示。 (3) 放大電路的非線性失真 截止失真: 三極管進(jìn)人截止區(qū)而引起的失真 。通過(guò)減小基極偏置電阻RB的阻值來(lái)消除。 圖7.5(b) 飽和失真： 三極管進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真。通過(guò)增大基極偏置電阻RB的阻值來(lái) 消除。 失真波形如圖7.6所示。 圖 7. 6 截止失真 飽和失真： 三極管進(jìn)入飽和區(qū)而引起的失真。通過(guò)增大基極偏置電阻RB的阻值來(lái) 消除。 失真波形如圖7.7所示。 圖 7. 7 飽和失真 為了減小和避免非線性失真，必須合理地選擇靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置，并適當(dāng)限制輸入信號(hào)ui 的幅度。一般情況下，Q點(diǎn)應(yīng)大致選在交流負(fù)載線的中點(diǎn)，當(dāng)輸入信號(hào)ui 的幅度較小時(shí)

8、，為了減小管子的功耗，Q點(diǎn)可適當(dāng)選低些。若出現(xiàn)了截止失真，通常采用提高靜態(tài)工作點(diǎn)的辦法來(lái)消除，即通過(guò)減小基極偏置電阻RB的阻值來(lái)實(shí)現(xiàn)；若出現(xiàn)了飽和失真，則反向操作，即增大RB。 2. 微變等效電路法(1) 三極管微變等效電路 圖7.11 三極管的微變等效電路 rbe=300+(1+) )()()(26mAImVE(2) 放大電路微變等效電路 放大電路的微變等效電路就是用三極管的微變等效電路替代交流通路中的三極管。交流通路指：放大電路中耦合電容和直流電源作短路處理后所得的電路。因此畫交流通路的原則是：將直流電源UCC短接；將輸入耦合電容C1和輸出耦合電容C2短接。圖7. 1的交流通路和微變等效電

9、路如圖7.12所示。 (b) 交流通路 (c)微變等效電路 圖 7.12 共發(fā)射極基本放大電路(3) 動(dòng)態(tài)性能分析 電壓放大倍數(shù)電壓放大倍數(shù)Au 輸入電阻輸入電阻Ri 輸入電阻指從放大電路輸入端AA/ (如圖7.13)看進(jìn)去的等效電阻，定義為： Ri= 由圖7. 12可知 = rbeRBbeLbebLbiourRrIRIUUAiiiIURiiIU 若考慮信號(hào)源內(nèi)阻(如圖7. 13)，則放大電路輸入電壓Ui是信號(hào)源Us在輸入電阻Ri 上的分壓，即 輸出電阻輸出電阻Ro 輸出電阻指從放大器放大器信號(hào)源短路、負(fù)載開路，從輸出端看進(jìn)去的等效電阻，定義為： Ro= SiiSiRRRUUooIU 圖 7.

10、 13 放大電路的輸入電阻和輸出電阻 由圖7.12可知 Ro= = RC 工程中，可用實(shí)驗(yàn)的方法求取輸出電阻。在放大電路輸入端加一正弦電壓信號(hào)，測(cè)出負(fù)載開路時(shí)的輸出電壓U/o；然后再測(cè)出接入負(fù)載RL時(shí)的輸出電壓Uo，則有 式中： U/o 、Uo是用晶體管毫伏表測(cè)出的交流有效值。 LLoooRRRUU/LoooRUUR) 1(ooIU例7.3 圖7.4(a)所示電路的交流通路和微變等效電路如圖7.14所示，試用微變等效電路法求： 10 動(dòng)態(tài)性能指標(biāo) 、Ri、Ro。 20 斷開負(fù)載RL后，再計(jì)算 、Ri、Ro。 圖7.14例7. 3的圖 uAuA 解：10 由例7. 1可知 IE1.5mA 故 =

11、 967 Ri = RB / rbe=300 / 0.9670.964k Ro=RC=4kmAmVImVrEbe5 . 126) 5 .371 (30026)1 (30078967. 0)4/4(5 .37/beLurRA 20 斷開RL后 Ri = RB / rbe = 300 / 0.9670.964k Ro= RC = 4k156967. 045 .37beCurRA 當(dāng)溫度變化、更換三極管、電路元件老化、電源電壓波動(dòng)時(shí)，都可能導(dǎo)致前述共發(fā)射極放大電路靜態(tài)工作點(diǎn)不穩(wěn)定，進(jìn)而影響放大電路的正常工作。在這些因素中，又以溫度變化的影響最大。因此，必須采取措施穩(wěn)定放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)。常用的辦法

12、有兩種，一是引入負(fù)反饋；另一是引入溫度補(bǔ)償。7.1.4 穩(wěn)定工作點(diǎn)的電路穩(wěn)定工作點(diǎn)的電路 1. 射極偏置電路射極偏置電路(a)電路圖 (b)微變等效電路 圖 7.15 射極偏置電路 (1) 各元件作用 基極偏置電阻RB1、RB2：RB1、RB2為三極管提供一個(gè)大小合適的基極直流電流IB，調(diào)節(jié)RP的阻值，可控制IB的大小。R的作用是防止RP阻值調(diào)到零時(shí)，燒壞三極管。一般RB1的阻值為幾十千歐至幾百千歐；RB2的阻值為幾十千歐。 發(fā)射極電阻RE：引入直流負(fù)反饋穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。一般阻值為幾千歐。 發(fā)射極旁路電容CE：對(duì)交流而言，CE短接RE ,確保放大電路動(dòng)態(tài)性能不受影響。一般CE 也選擇電解電容，

13、容量為幾十微法。 (2) 穩(wěn)定工作點(diǎn)原理 利用RB1和RB2的分壓作用固定基極UB。 利用發(fā)射極電阻RE產(chǎn)生反映Ic變化的UE，再引回到輸入回路去控制UBE，實(shí)現(xiàn)IC基本不變。 穩(wěn)定的過(guò)程是： T Ic IE UE UBE IBIC (3) 靜態(tài)分析 該電路的靜態(tài)工作點(diǎn)一般用估算法來(lái)確定，具體步驟如下： 由：UB UCC，求UB。 由：IE ，求IC、IE。 由IC=IB，求IB。 由UCE = UCC - ICRC - IERE UCC - IC(RC+RE) 求UCE 。 212BBBRRREBRU (4) 動(dòng)態(tài)分析 該電路動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)一般用微變等效電路來(lái)確定，具體步驟為： 畫出微變等效電

14、路，如圖7.15(c)； 求電壓放大倍數(shù) 、輸入電阻Ri 、輸出電阻Ro 。 比較圖7.15(c)和圖7.12(c)可知：射極偏置放大電路的動(dòng)態(tài)性能與共發(fā)射極基本放大電路的動(dòng)態(tài)性能一樣。圖 7.15(c) 射極偏置電路的微變等效電路例7.4在圖7.16所示的電路中，三極管的=50，試求：10 靜態(tài)工作點(diǎn)。20 電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。30 不接CE 時(shí)的電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻。40 若換用=100的三極管，重新計(jì)算靜態(tài)工作點(diǎn)和電壓放大倍數(shù)。 圖 7.16 例7. 4的電路 解：10 求靜工作點(diǎn) UB=3.5V IC1.4mA IB0.028mA=28A UCE12-1.4(

15、3+2)=5V 122 . 6152 . 6212CCBBBURRR27 . 05 . 3EBEBERUUI504.1CI)(ECCCCRRIU20 求Au、Ri、Ro rbe =300+(1+) =300+(1+50) =1.25 k R /L=RCRL= 0.75 k 故: Au= = -50 = -30 Ri = rbe /RB1/RB2=1.25/6.5/6.2=0.97 k Ro RC = 3 k )()(26mAImVE4 . 1261313beLrR25. 175. 0 30 計(jì)算不接CE 時(shí)的Au、R/i 、R/o 當(dāng)射極偏置電路中CE不接或斷開時(shí)的交流通路如圖7.17(a)所

16、示，圖7.17(b)為對(duì)應(yīng)的微變等效電路。 圖 7.17 不接CE 時(shí)的電路 由圖7. 17(b)可得： 故： A/u = ri = rbe+(1+)RE R /i = ri / RB1 / RB2 = RB1RB2 LbLCLCooRIRIRRIU)/(EbbebEebebiRIrIRIrIU)1(EbeLEbbebLbioRrRRIrIRIUU)1 ()1 (bEbbebbiIRIrIIU)1 ()1 (EbeRr輸出電阻可由圖7.18求出，由圖可知，所以 圖 7. 18 不接CE時(shí)求輸出電阻的等效電路0bICoRIUR/將有關(guān)數(shù)據(jù)分別代入上式得 A/u = - 0.36 R /i =10

17、3.25 k R /o =3 k 由此可見，電壓放大倍數(shù)下降了很多，但輸入電阻得到了提高。 40 當(dāng)改用=100的三極管后，其靜態(tài)工作點(diǎn)為 IE = 1.4mA IC=1.4mA IB = 14A UCE = UCC - IC (RC+RE) = 12 - 1.4(3+2) = 5V 可見，在射極偏置電路中，雖然更換了不同的管子，但靜態(tài)工作點(diǎn)基本上不變。 27 . 05 . 3 EBEBRUUEI1004 .1CI此時(shí) 與=50時(shí)的放大倍數(shù)差不多。 )()(26)1 (300mAImVrEbek2.24.126)1001(300342 .275.0100beLurRA 2. 集基耦合電路 集基

18、耦合電路如圖7.19所示，它引入了直流電壓負(fù)反饋實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)。 圖7.19 集基耦合電路 靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定過(guò)程如下： TICUCUBUBEIBIC 3. 溫度補(bǔ)償電路 溫度補(bǔ)償電路如圖7.20所示。圖7.20(a)為：用二極管溫度補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)的電路，圖7.20(b)為：用熱敏電阻溫度補(bǔ)償來(lái)實(shí)現(xiàn)靜態(tài)工作點(diǎn)穩(wěn)定的電路。圖7.20(b)中RB2為負(fù)溫度系數(shù)的熱敏電阻。若采用正溫度系數(shù)的熱敏電阻，只需將RB1和RB2位置對(duì)調(diào)一下即可。 圖7.20 溫度補(bǔ)償電路 7.2其他放大電路其他放大電路 7.2.1共集電極放大電路共集電極放大電路 共集電極放大電路又稱射極輸出器，主要作用是交流電流

19、放大，以提高整個(gè)放大電路的帶負(fù)載能力。實(shí)用中，一般用作輸出級(jí)或隔離級(jí)。 1.電路組成 共集電極放大電路的組成如圖7.21（a）所示，圖7.21（b）為其交流通路。各元件的作用與共發(fā)射極放大電路基本相同，只是RE除具有穩(wěn)定靜態(tài)工作點(diǎn)外，還作為放大電路空載時(shí)的負(fù)載。? (a) 電路圖(b) 交流通路 圖7.21共集電極放大電路 2.靜態(tài)分析 UCCIBRB+UBE+(1+)IBRE IB IC IB UCE UCC - IERE UCC - ICREEBBECCRRUU)1( 3.動(dòng)態(tài)分析 (1) 電壓放大倍數(shù) 圖7.21(c) 微變等效電路 由圖7.21(c)可知 (2) 輸入電阻Ri 故 Ri

20、 = RBRi/ = RBrbe+（1+）RL/ /)1 ()1 ()1 ()1 (LbeLLbebLbiouRrRRrIRIUUA/)1 ()1 (LbebLbbebbiiRrIRIrIIUR (3) 輸出電阻Ro求輸出電阻的等效電路如圖7.22所示。 圖7.22 計(jì)算輸出電阻的等效電路 由圖7.22可得： 式中 = RSRB 故 通常RE ，所以 bebbeIIIIII)1(/)1(SbeERrURU)1/(/SbeEoRrRIUR1/SbeRr1)/ (1/BSbeSbeoRRrRrR/SR 綜上所述，共集電極放大電路的主要特點(diǎn)是：輸入電阻高，傳遞信號(hào)源信號(hào)效率高；輸出電阻低，帶負(fù)載能力

21、強(qiáng)；電壓放大倍數(shù)小于1而接近于1，且輸出電壓與輸入電壓相位相同，具有跟隨特性。因而在實(shí)用中，廣泛用作輸出級(jí)或中間隔離級(jí)。 需要說(shuō)明的是：共集電極放大電路雖然沒有電壓放大作用，但仍有電流放大作用，因而有功率放大作用。 例例7.5 若圖7.21電路中各元件參數(shù)為：UCC = 12V，RB= 240 k，RE= 3.9 k，RS = 600，RL = 12 k，= 60，C1和C2容量足夠大，試求：Au，Ri，Ro。 解： A IEIC=IB=6025=1.5mA rbe= 300+(1+) =300+(1+60) =1.4 k = RERL= 2 .9 k 259 . 3)601 (24012)1

22、 (EBBECCBRRUUIEImV26mAmV5.126129 . 3129 . 3/LR 故：Ri = RBrbe+(1+) = 2001.4+(1+60)2.9 = 102 k 99. 09 . 2)601 (4 . 19 . 2)601 ()1 ()1 (/LbeLuRrRA3360110)240/6 . 0(104 . 11)/(33BSbeoRRrR/LR 共基極放大電路主要作用是高頻信號(hào)放大，頻帶寬，其電路組成如圖7.23所示。 圖7.23 共基極放大電路7.2.2 共基極放大電路共基極放大電路表7.2 三種組態(tài)基本放大電路性能比較 電路形式 共發(fā)射極放大電路 共集電極放大電路

23、共基極放大電路 電流放大系數(shù) 較大，例如200較大，例如2001電壓放大倍數(shù) 較大，例如2001，故Au小于1，但接近1。 輸入電阻Ri和輸出電阻Ro Ri = RG 求輸出電阻的等效電路如圖7.34所示。uA/1LmLmLgsmgsLgsmiouRgRgRUgURUgUUA圖7.34 求Ro等效電路 由圖可知 由于柵極電流，故 所以 即gsmSdSUgRUIII0gIUUGSUgRUImSmSmSogRgRIUR1/11 實(shí)用中，利用場(chǎng)效應(yīng)管和半導(dǎo)體三極管各自的特性互相配合，取長(zhǎng)補(bǔ)短，組成混合電路，將具有更好的效果。混合示意圖如圖7.35所示。 圖7.35 場(chǎng)效應(yīng)管和三極管混合電路 不同類型

24、場(chǎng)效應(yīng)管對(duì)偏置電壓的極性的要求，如表7.3所示。 表7.3 場(chǎng)效應(yīng)管偏置電壓的極性 類型 uGS uDS N溝道JFET 負(fù) 正 P溝道JFET正 負(fù) 增強(qiáng)型NMOS 正 正 增強(qiáng)型PMOS負(fù) 負(fù) 耗盡型NMOS正 零 負(fù) 正 耗盡型PMOS 正 零 負(fù)負(fù) 7.3功率放大電路功率放大電路 功率放大電路在多級(jí)放大電路中處于最后一級(jí)，又稱輸出級(jí)。其主要作用是輸出足夠大的功率去驅(qū)動(dòng)負(fù)載，如揚(yáng)聲器、伺服電機(jī)、指示表頭、記錄器等。功率放大電路要求：輸出電壓和輸出電流的幅度都比較大；效率高。因此，三極管工作在大電壓、大電流狀態(tài)，管子的損耗功率大，發(fā)熱嚴(yán)重，必須選用大功率三極管，且要加裝符合規(guī)定要求的散熱裝

25、置。由于三極管處于大信號(hào)運(yùn)用狀態(tài)，不能采用微變等效電路分析法，一般采用圖解分析法。 1. OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 OCL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路全稱為無(wú)輸出電容的互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路，簡(jiǎn)稱為OCL電路，電路如圖7.36所示。 圖7.36 OCL功率放大電路 7.3.1互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 (1) 靜態(tài)分析 當(dāng)ui=0時(shí)，因電路上下對(duì)稱，靜態(tài)發(fā)射極電位UE=0，負(fù)載電阻RL中無(wú)電流通過(guò)，u o=0。因三極管處于 微 導(dǎo) 通 狀 態(tài) ， 所 以 兩 管 的 IB 0 、 IC 0 、 UCE = UCC ，基本無(wú)靜態(tài)功耗。 (2) 動(dòng)態(tài)分析 為便于分析，將圖7.36簡(jiǎn)化為圖7.

26、37(a) 所示的原理電路，且暫不考慮管子的飽和管壓降UCES和b、e極間導(dǎo)通電壓UBE 。 (a) 電路原理電路圖 （b）輸入波形 （c）輸出波形 圖7.37 簡(jiǎn)化OCL功率放大電路 在ui正半周，V2導(dǎo)通、V3截止，+UCC通過(guò)V2向RL供電，在RL上獲得跟隨ui的正半周信號(hào)電壓uo，即（uou i）； 在ui負(fù)半周，V2截止，V3導(dǎo)通，-UCC通過(guò)V3向RL供電，在RL上獲得跟隨ui的負(fù)半周信號(hào)電壓uo 。 負(fù)載RL上輸出如圖7.37(c) 所示。由上分析可知：輸出電壓uo雖未被放大，但 由于iL= ie=（1+）ib，具有電流放大作用，因此具有功率放大作用。圖7.38 OCL 電路圖解

27、分析波形圖 從圖中可知，uCE1=UCC-uo、 uCE2= -UCC-uo ，其中uo在任一個(gè)半周期內(nèi)為導(dǎo)通三極管的uce，即uo= - uce=ui。通常要求功率放大電路工作在最大輸出狀態(tài)，輸出電壓幅值為uom(max)=UCC-UCESUCC，此時(shí)，截止管承受的最大電壓為2UCC。當(dāng)功率放大電路工作在非最大輸出狀態(tài)時(shí)，輸出電壓幅值為Uom=IomRL=Ucem=Uim，其大小隨輸入信號(hào)幅度而變。這些參數(shù)間的關(guān)系是計(jì)算輸出功率和管耗的重要依據(jù)。 (3) 參數(shù)計(jì)算 最大輸出功率Pom 最大的輸出功率為：Pom= IomUom= = 當(dāng)功率放大器工作在非最大輸出狀態(tài)時(shí)，輸出功能率為： Po =

28、 IomUom= = LomRU2LCCRU221LomRU2LimRU22121212121 直流電源供給的功率PU 在一個(gè)周期內(nèi)電源向兩個(gè)功放管提供的直流功率PU為： PU = 當(dāng)功率放大器工作在最大輸出狀態(tài)時(shí)，兩個(gè)直流電源供給的總功率為: PUm= 2CCLomURULCCRU22 效率 = 當(dāng)功率放大電路工作在最大輸出狀態(tài)時(shí)，效率為: = = 78.5% 實(shí)用中三極管UCES，UBE等是客觀存在的，因此，功率放大電路實(shí)際效率約60% 。 UoPP42222LCCLCCUmomRURUPP 三極管管耗PV 直流電源供給的功率與輸出功率的差值，即為兩只三極管上的管耗，所以每只管子的管耗為

29、PV =(PU Po) 功率放大電路工作在最大輸出狀態(tài)時(shí)的管耗，并不是最大管耗，每只三極管的最大管耗約為0.2Pom。21 例8 在圖7.36所示電路中，UCC1= UCC2= UCC=24V；RL=8，試求： 10 當(dāng)輸入信號(hào)Ui=12V(有效值)時(shí)，電路的輸出功率、管耗、直流電源供給的功率及效率。 20 輸入信號(hào)增大至使管子在基本不失真情況下輸出最大功率時(shí)，互補(bǔ)對(duì)稱電路的輸出功率、管耗、電源供給的功率及效率。 30 晶體管的極限參數(shù)。 解：10 在Ui=12V有效值時(shí)的幅值為：Uim=Ui17V，即UomUi=17V。故Po= =18.1WPU=32.5WPV = PU Po = 32.5

30、 18.1 = 14.4W =55.7%221LomRU28172122CCLomURU224817UoPP5 .321 .18 20 在最大輸出功率時(shí)，最大輸出電壓為24V。Pom= = =36W PUm= = =45.8W PV = PU Po= 45.8 - 36 = 9.8W (此時(shí)兩管的功耗并不是最大功耗) = = 78.5% 21LCCRU2LCCRU22824228 .4536UmomPP21824230 晶體管的極限參數(shù) PCM0.2Pom=0.236=7.2W(每一管) U(BR)CEO2UCC=224 = 48V ICM = 3A824LCCRU（4）交越失真 交越失真的波

31、形如圖7.39所示 。圖7.39 交越失真波形 解決交越失真的辦法是為三極管V2、V3提一個(gè)合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，使三極管處于微導(dǎo)通狀態(tài)，如圖7.36中的V4、V5。 2OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路 OTL互補(bǔ)對(duì)稱功率放大電路全稱為無(wú)輸出變壓器的功率放大電路，簡(jiǎn)稱為OTL電路，如圖7.40所示。 圖 7.40 OTL功率放大電路 (1) 各元件作用 V1為功放管提供推動(dòng)電壓；RP1、RB1、R B2為V1提供靜態(tài)工作點(diǎn)，同時(shí)還可使UK=1/2UCC；V2 V3、V4V5為兩只復(fù)合三極管，分別等效為NPN和PNP 型。V6、V7、RP2為V2V3、V4V5提供合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，調(diào)節(jié)RP2可以改變靜態(tài)工

32、作點(diǎn)；Co為輸出耦合電容，一方面將放大后的交流信號(hào)耦合給負(fù)載RL，另一方面作為V4、V5導(dǎo)通時(shí)的直流電源，因此要求容量大，穩(wěn)定性高。C1、R1為自舉電路。 (2)工作原理 ui為負(fù)半周時(shí)，V1集電極信號(hào)為正半周，V2、V3導(dǎo)通，V4、V5截止。在信號(hào)電流流向負(fù)載RL形成正半周輸出的同時(shí)向Co充電，使UCo=1/2UCC。ui正半周時(shí)，V1集電極信號(hào)為負(fù)半周，V2、V3截止，V4、V5導(dǎo)通。此時(shí)，Co上的1/2UCC與V4、V5形成放電回路，若時(shí)間常數(shù)RLC遠(yuǎn)大于輸入信號(hào)的半周期，則電容上電壓基本不變，而流過(guò)管子和負(fù)載的電流仍由基極控制，這樣在負(fù)載上獲得負(fù)半周輸出信號(hào)，于是負(fù)載上獲得完整的正弦信

33、號(hào)輸出。 (3) 參數(shù)計(jì)算 OTL 電路與OCL電路相比，每個(gè)功放管實(shí)際工作電源電壓為1/2UCC，因此將（7.37）（7.43）中UCC用1/2UCC替換即得相應(yīng)的參數(shù)計(jì)算公式。 例9在圖7.41所示電路中，已知：RB1=22k 、RB2=47k、RE1=24 、RE2= RE3=0.5、 R1=240、RP=470、RL=8，V2為3DD01A、V3為3CD10A，V4、V5為2CP。試求： 10 最大輸出功率 20 若負(fù)載RL上的電流為iL=0.8sint（A）時(shí)的輸出功率和輸出電壓幅值。 圖7.41 例9的電路圖 解：10 最大輸出功率 Pom= =9W 20 輸出功率 Po= =2.

34、56W 輸出電壓幅值 U om=0.8 8=6.4V81221)21(2122LCCRU88 .02127.3.2集成功率放大器 1. 音頻集成功率放大器 (1) SL 4112 SL 4112的外形及管腳如圖7.42所示。該集成功放有14只引腳，內(nèi)部設(shè)有靜噪抑制電路，因而接通電源時(shí)爆破噪聲很小。它具有電源電壓范圍寬，降壓特性良好等優(yōu)點(diǎn)，適用于各種收錄機(jī)。主要參數(shù)為：電源9V、輸出功率2.3W、輸入阻抗20k、電壓增益68dB、諧波失真2% 。 圖7.42 SL 4112引腳圖 圖 7.43 SL 4112應(yīng)用電路 (2) TDA 2030 TDA 2030的外形及引腳如圖7.44(a)所示。

35、該集成功放只有5只引腳，它接線簡(jiǎn)單，既可以接成OCL電路，又可以接成OTL電路，廣泛應(yīng)用于音響設(shè)備中。其內(nèi)部設(shè)有短路保護(hù)電路，具有過(guò)熱保護(hù)能力。主要參數(shù)為：電源618V、輸出功率9W、輸入阻抗5M、電壓增益30dB、諧波失真0.2% 。TDA 2030的典型應(yīng)用電路如圖7.44(b)所示。 (a) (b) 圖 7.44 TDA 2030 應(yīng)用電路 2. 雙音頻集成功率放大器 (1) BTL電路 BTL功率放大器，其主要特點(diǎn)是在同樣電源電壓和負(fù)載電阻條件下，它可得到比OCL或OTL電路大幾倍的輸出功率，其工作原理圖如圖7.45所示。 圖 7.45 BTL原理電路 靜態(tài)時(shí)，電橋平衡，負(fù)載RL中無(wú)直

36、流電流。動(dòng)態(tài)時(shí)，橋臂對(duì)管輪流導(dǎo)通。在ui正半周，上正下負(fù)，V1、V4導(dǎo)通，V2、V3截止，流過(guò)負(fù)載RL的電流如圖中實(shí)線所示；在ui負(fù)半周，上負(fù)下止，V1、V4截止，V2、V3導(dǎo)通，流過(guò)負(fù)載RL的電流如圖中虛線所示。忽略飽和壓降，則兩個(gè)半周合成，在負(fù)載上可得到幅度為UCC的輸出信號(hào)電壓。 (2) LM378 LM378的外形及管腳如圖7.46所示。主要參數(shù)為：電源1035V、輸出功率4W/信道、輸入電阻3k、電壓增益34dB、帶寬50kHz。 圖7.46 LM378引腳圖 反相立體聲放大器 反相立體聲放大電路如圖7.47所示。 圖7.47 簡(jiǎn)單反相立體聲放大器 橋式結(jié)構(gòu)單放大器橋式結(jié)構(gòu)單放大電路

37、如圖7.48所示。 圖7.48 BTL電路 (3) TDA 1519 TDA 1519的外形及管腳如圖7.49所示。內(nèi)部設(shè)有多種保護(hù)電路(負(fù)載開路、AC及DC對(duì)地短路等)，并有靜噪控制及電源等待狀態(tài)等功能。它在雙聲道工作時(shí)只要外接4只元件，BTL工作時(shí)只要外接1只元件，無(wú)需調(diào)整就能滿意地工作。主要參數(shù)為：電源618V、輸出功率5.5W(單聲道，RL=4) 22W(BTL，RL=4)、電壓增益40dB(立體聲) 46dB(BTL)、諧波失真10% 。TDA1519典型應(yīng)用電路如圖7.50所示。 圖7.49 TDA1519引腳圖 (a) 立體聲電路 (b)BTL電路 圖7.50 TDA1519典型

38、應(yīng)用 3.場(chǎng)輸出集成功率放大器 場(chǎng)輸出集成功率放大器是用于顯示器、電視機(jī)場(chǎng)掃描電路的專用功率放大器，內(nèi)部采用泵電源型OTL電路形式，封裝一般為單列直插式。 (1) 泵電源電路 圖7.51所示為IX0640CE和外圍元件組成的場(chǎng)輸出電路。圖中V4、V5、V6、V7及外接元件V8、C構(gòu)成泵電源電路。 圖51 IX0640CE組成的場(chǎng)輸電路 在場(chǎng)輸出鋸齒波正程期內(nèi)，電源通過(guò)V8及V6對(duì)C充電，C兩端電壓很快充到UCC，極性為上正下負(fù)。 在場(chǎng)輸出鋸齒波逆程期間，電源電壓UCC與電容C上的電壓串聯(lián)供電，場(chǎng)輸出級(jí)電源電壓上升為2UCC，實(shí)現(xiàn)了泵電源供電，即在場(chǎng)掃描正程期間采用低電壓供電，而在逆程期間采用高

39、電壓供電。(2) 應(yīng)用電路IX0640CE的外形及引腳如圖7.52所示。 圖 7.52 IX0640CE引腳圖 圖7.53(b)為TDA8172的應(yīng)用電路，場(chǎng)鋸齒波信號(hào)經(jīng)RP1、R2從P1腳進(jìn)入集成功放，調(diào)節(jié)RP1可以改變場(chǎng)幅；RP2、C2組成微分電路，由于C2和C3的存在對(duì)鋸齒波中的高頻分量分流作用大，對(duì)低頻分量分流作用小，因此它們構(gòu)成預(yù)失真，以使場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈中鋸齒波電流線性良好；R3、R4構(gòu)成直流反饋，可穩(wěn)定工作點(diǎn)，C3用來(lái)濾除反饋信號(hào)中的交流成分；R5、R6為交流電流負(fù)反饋，改善鋸齒波電流線性；V1、C1同內(nèi)部電路構(gòu)成逆程泵電源，實(shí)現(xiàn)自舉升壓；放大后的鋸齒波信號(hào)從P5腳輸出，送場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，

40、C4是輸出耦合電容。 IX0640CE的應(yīng)用電路如圖7.51所示。場(chǎng)鋸齒波信號(hào)從P4進(jìn)入集成功放后首先加在V1的基極，經(jīng)過(guò)V1放大后推動(dòng)V2、V3組成的互補(bǔ)推挽場(chǎng)輸出電路，再?gòu)腜2腳輸出送場(chǎng)偏轉(zhuǎn)線圈，實(shí)現(xiàn)功率放大。 TDA8172的外形及引腳如圖7.53(a)所示。 圖7.53(a) TDA8172引腳圖 圖7.53(b) TDA8172組成的場(chǎng)輸出電路 本章小結(jié)本章小結(jié) 一、一、放大電路中“放大”的實(shí)質(zhì)，是通過(guò)三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管）的作用進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換，即將直流電源的能量轉(zhuǎn)換為負(fù)載獲得的能量。放大電路的組成原則是必須有電源，核心元件是三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管），要有合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，并保證放大電路在放

41、大信號(hào)的整個(gè)周期，三極管（或場(chǎng)效應(yīng)管）都工作在特性曲線的線性放大區(qū)。放大電路工作時(shí)，電路中各電壓、電流值是直流量和交流量疊加的結(jié)果。電路分析由靜態(tài)分析和動(dòng)態(tài)分析兩部分組成。靜態(tài)分析借助直流通路，用估算法或圖解法確定靜態(tài)工作點(diǎn)。動(dòng)態(tài)分析借助交流通路，用圖解法或微變等效電路法確定電壓放大倍數(shù)、輸入電阻、輸出電阻等動(dòng)態(tài)性能指標(biāo)。常用的穩(wěn)定工作點(diǎn)電路有射極偏置電路(基極分壓式偏置電路)、集基耦合電路和溫度補(bǔ)償電路。 二、共集電極電路由于輸入電阻高，輸出電阻低，并具有電壓跟隨特性，廣泛應(yīng)用于輸出級(jí)或隔離級(jí)。共基極電路由于頻率特性好，常用于高頻放大。阻容耦合多級(jí)放大電路，由于各級(jí)放大電路的靜態(tài)工作點(diǎn)互不影

42、響，調(diào)試方便，常被用來(lái)進(jìn)一步提高放大倍數(shù)，但計(jì)算每級(jí)放大倍數(shù)時(shí)應(yīng)考慮前、后級(jí)之間的相互影響。場(chǎng)效應(yīng)管放大電路的分析方法和步驟與三極管放大電路類似，各種類型的放大電路與相應(yīng)的三極管放大電路具有類似的特點(diǎn)，只是模擬電路中多用結(jié)型和耗盡型MOS管，而增強(qiáng)型MOS管則多用于數(shù)字電路。 三、三、OCL電路采用雙電源供電。OTL電路采用單電源供電，但需要一個(gè)大容量輸出耦合電容。電路中，兩只功放管分別在正、負(fù)半周交替工作。當(dāng)輸入信號(hào)一定時(shí)，能使輸出信號(hào)幅度Uom基本上等于電源電壓UCC而又不失真的負(fù)載稱為功放電路的最佳負(fù)載。此時(shí)功放電路輸出最大功率，具有最高的轉(zhuǎn)換效率，但兩管的功耗不是最大。由于集成功放外接元件少，電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，應(yīng)用越來(lái)越廣泛，使用時(shí)應(yīng)注意正確選擇型號(hào)，識(shí)別各引腳的功能。當(dāng)需要進(jìn)一步提高輸出功率時(shí)，可將兩個(gè)OCL電路連接成BTL電路形式。