低频功率放大电路讲稿.ppt

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1、低频功率放大电路第一页，讲稿共五十页哦高高保保真真的的耳耳机机功功率率放放大大器器电电路路第二页，讲稿共五十页哦*电路说明第三页，讲稿共五十页哦多多媒媒体体耳耳机机功功放放印印制制版版图图第四页，讲稿共五十页哦例：例：扩音系统扩音系统执行机构执行机构功率放大器的作用：功率放大器的作用：用放大电路的用放大电路的输出级输出级，以驱动执行，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。仪表指针偏转等。功功率率放放大大电电压压放放大大信信号号提提取取9.1 概述概述第五页，讲稿共五十页哦一一.各类功率放大器的功能以及用途介绍各类功率放大器的功能以及用途介

2、绍 功功放放按按 用用途途分分类类专业功放：专业功放：技术参数上往往会有一些独特的要求家用功放家用功放体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅或其它公共场所扩声、录音监听等场所使用的功放。HiFi音乐欣赏，AV系统放音，以及卡拉OK娱乐的功放。第六页，讲稿共五十页哦 HiFi是英语HighFidelity的缩写，意指高度保真，即纯音乐功放，是音乐发烧友的最爱。HiFi功放的输出功率大都在2150瓦以下。HiFi在设计上强调最低的信号失真，忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧等来满足人们对音乐的最佳欣赏要求。一般用于HiFi的功放都是胆机。HiFi功放就扩声形式而言，只适用于两声道立体声的重播

3、。AV功放是AudioVideo的缩写，即影音功放，它能同时连接56个音箱(左右主音箱、中置音箱、左右环绕音箱、超重低音)并驱动它们发出声音。AV功放从诞生到现在，经历了杜比环绕，杜比定向逻辑，AC3，DTS(均是音频解码方式)的发展进程。AV功放与普通功放的区别，在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器，AC3，DTS解码器和五声道功率放大器，以及画龙点睛的数字声场DSP电路。鉴于欣赏碟片中多声道录音效果的需要，AV功放的每声道功率输出也会不同，一般来说主声道功率最大，中置次之，环绕最小，这方面的代表是带有杜比定向逻辑环绕声放的功放。为了增加使用乐趣，大多数AV功放都附有DSP，为各种节目播

4、放提供不同的声场效果。*HiFi&AV第七页，讲稿共五十页哦按按器器材材分分类类 电子管放大器电子管放大器(俗称俗称“胆机胆机”)晶体放大器晶体放大器(俗称俗称“石机石机”)集成电路放大器集成电路放大器主要优点:动态范围大、线性好、音色甜美悦耳。主要缺点：内阻大导致放大器阻尼系数小，影响瞬态特性；需高压供电，离不开变压器，变压器不仅功耗大、体积大。阻尼系数可做得很高，有良好的瞬态特性，在声音的节奏感、力度上要比胆机明快、爽朗、有力；而且无需变压器，不仅节省成本，缩小体积，而且避免了由变压器所引起的失真。最突出的优点是可靠性高、外围电路简单、组装方便，不足之处是电声指标(功率、频响、失真度、信噪

5、比等)和音质皆不如前两类放大器。第八页，讲稿共五十页哦(1)功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路功放电路中电流、电压要求都比较大，必须注意电路参数不能超过晶体管的极限值参数不能超过晶体管的极限值:ICM 、UCEM 、PCM。需要解决功放管的散热问题。需要解决功放管的散热问题。ICMPCMUCEMIcuce二二.分析功放电路应注意的几个问题分析功放电路应注意的几个问题第九页，讲稿共五十页哦(2)电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。且不电流、电压信号比较大，必须注意防止波形失真。且不能用微变等效电路来分析。能用微变等效电路来分析。(3)电源提供的能量尽可能转换给负载，减少电源提

6、供的能量尽可能转换给负载，减少 晶体管及晶体管及线路上的损失。即注意提高电路的效率（线路上的损失。即注意提高电路的效率（）。）。Pomax:负载上得到的交流信号功率。负载上得到的交流信号功率。PE：直流电源供给的平均功率：直流电源供给的平均功率(直流功率直流功率)。真实和高效一直是功率放大器领域技术进步的源动力真实和高效一直是功率放大器领域技术进步的源动力 第十页，讲稿共五十页哦*关于功率关于功率 根据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率根据国际标准，功率有两种标注方法：额定功率(RMS(RMS：正弦：正弦波均方根波均方根)与瞬间峰值功率与瞬间峰值功率(PMPO(PMPO功率功率)。额定功率

7、额定功率-是指在额定范围内驱动一个是指在额定范围内驱动一个88扬声器规定了波形扬声器规定了波形持续模拟信号后，在有一定间隔并重复一定次数后，扬声器不发生任持续模拟信号后，在有一定间隔并重复一定次数后，扬声器不发生任何损坏的最大电功率何损坏的最大电功率.实际功率、标称（输出）功率、有效功率实际功率、标称（输出）功率、有效功率一一般就是指额定功率；般就是指额定功率；瞬间峰值功率瞬间峰值功率-是指扬声器短时间所能承受的最大功率。是指扬声器短时间所能承受的最大功率。额定功率额定功率一般是一般是瞬间峰值功率瞬间峰值功率的的1/81/8。额定功率、瞬间峰值功率、储备功率额定功率、瞬间峰值功率、储备功率、标

8、称（输出）功率、标称（输出）功率、实、实际功率、有效功率、均方根功率、平均功率际功率、有效功率、均方根功率、平均功率(有功功率，真值功率有功功率，真值功率)、粉噪功率粉噪功率。平均功率：两种算法：平均功率：两种算法：第十一页，讲稿共五十页哦 均方根功率均方根功率-为了使为了使ACAC信号能够使用与信号能够使用与DCDC信号同样的计算公式，信号同样的计算公式，比如电阻、功率等的计算，对信号的比如电阻、功率等的计算，对信号的均方根值均方根值进行了专门定义。进行了专门定义。ACAC信号的均方根值与相同幅度的信号的均方根值与相同幅度的DCDC信号产生的效果相同。例如：采信号产生的效果相同。例如：采用用

9、230Vrms AC230Vrms AC电压供电的白炽灯泡获得的电压供电的白炽灯泡获得的电能电能与采用与采用230V DC230V DC电压对电压对其供电获得的其供电获得的电能电能是相同的。是相同的。储备功率储备功率-关于储备功率有一个经典的关于储备功率有一个经典的“理论理论”，用通俗的，用通俗的话来讲就是：在话来讲就是：在2020平米的房间，有平米的房间，有1/20W1/20W的声功率，响度就够了，的声功率，响度就够了，由于音乐信号的波形很复杂，信号中不时会出现一些暂短的但幅度很由于音乐信号的波形很复杂，信号中不时会出现一些暂短的但幅度很高的脉冲信号，该信号如被功放削波，就会出现严重的削波失

10、真，为高的脉冲信号，该信号如被功放削波，就会出现严重的削波失真，为了防止削波失真，必须将功放的最大不失真功率加大到放音功率的了防止削波失真，必须将功放的最大不失真功率加大到放音功率的5 5到到1010倍。即便如此，仍会有少量脉冲信号被削波，因此，专业功放应倍。即便如此，仍会有少量脉冲信号被削波，因此，专业功放应有有1010倍以上的储备功率。倍以上的储备功率。*第十二页，讲稿共五十页哦 扬声器的标称功率（粉噪功率）扬声器的标称功率（粉噪功率）-它是指在扬声器额定频它是指在扬声器额定频率范围内，馈给以规定的模拟节目信号，连续工作率范围内，馈给以规定的模拟节目信号，连续工作100100小时而不小时而

11、不产生热和机械损坏的功率。产生热和机械损坏的功率。功率放大器的标称输出功率功率放大器的标称输出功率-一般是指一定失真限制条一般是指一定失真限制条件上的正弦输出功率件上的正弦输出功率(输入端加的是正弦波输入端加的是正弦波)。显然，将扬声器功率与功放功率的数字去做比较没有任何意义。显然，将扬声器功率与功放功率的数字去做比较没有任何意义。而从上文大家也可以了解到，目前我们谈论的类似功率是否充足、而从上文大家也可以了解到，目前我们谈论的类似功率是否充足、功率储备是否足够的话题，基本只能建立在主观听音的感受上，去功率储备是否足够的话题，基本只能建立在主观听音的感受上，去看音箱上的标注实在没有什么意义，因

12、为大家的标注方法并不规范，看音箱上的标注实在没有什么意义，因为大家的标注方法并不规范，标准不同，自然也就没有什么可比性了。标准不同，自然也就没有什么可比性了。*第十三页，讲稿共五十页哦功率放大电路的类型功率放大电路的类型 功率放大电路按其静态工作点在功率放大电路按其静态工作点在负载线上所处位置不同，可分为负载线上所处位置不同，可分为甲甲(A)(A)类、甲乙类、甲乙(AB)(AB)类类、乙乙(B)(B)类、丙类、丙(C)(C)类、丁类、丁(D)(D)类类等类型。等类型。第十四页，讲稿共五十页哦甲甲类类乙乙类类甲甲乙乙类类丙丙类类有静态功耗，有静态功耗，50静态功耗为静态功耗为0，78.5静态功耗

13、和效率介于甲类和乙静态功耗和效率介于甲类和乙类之间类之间效率较高，主要用于效率较高，主要用于高频高频电路电路各类功放静态工作点设置的示意图各类功放静态工作点设置的示意图第十五页，讲稿共五十页哦甲类甲类 360360导电导电甲乙类甲乙类 180180360360导电导电乙类乙类 180180导电导电丙类丙类 180 0VT1导通，导通，T2截止截止iL=ic1;ui-USCT1T2uo+USCRLiLiL=ic2注意：注意：T1、T2两个晶体管都只在半个周期内工作。两个晶体管都只在半个周期内工作。一、工作原理（一、工作原理（设设ui为正弦波为正弦波,管子的死区电压不计管子的死区电压不计）第二十四

14、页，讲稿共五十页哦uiuououo 交越失真交越失真死区电压死区电压ui-USCT1T2uo+USCRLiLuo uo输入输入波形图输入输入波形图第二十五页，讲稿共五十页哦(2)、伏安特性、伏安特性UI导通压降导通压降:硅管硅管0.60.7V,锗管锗管0.20.3V。反向击穿电压反向击穿电压UB死区电压死区电压 硅管硅管0.5V,锗管锗管0.2V。UIE+-反向漏电流反向漏电流（很小，（很小，A级）级）*回顾第二十六页，讲稿共五十页哦ui-USCT1T2uo+USCRLiL(1)静态电流静态电流 ICQ、IBQ等于零；等于零；(2)每管导通时间为半个周期每管导通时间为半个周期；(3)存在交越失

15、真。存在交越失真。特点：特点：UO交越失真交越失真第二十七页，讲稿共五十页哦假设假设 ui 为正弦波且幅度足够大，为正弦波且幅度足够大，T1、T2导通时导通时均能饱和均能饱和，此时输出达到最大值。，此时输出达到最大值。ULmax负载上得到的最大功率为负载上得到的最大功率为(有效值有效值)：iL-USCRLuiT1T2UL+USC若忽略晶体管的饱和压降，若忽略晶体管的饱和压降，则负载（则负载（RL)上的电压和电流分别为：上的电压和电流分别为：二二 参数计算参数计算乙类乙类见下页见下页0V第二十八页，讲稿共五十页哦00iC 1iB=常数常数QICmVCemAB2ICm2VCemiC 2VCESVC

16、ES*回顾VCC第二十九页，讲稿共五十页哦 每个电源，其中的电流为半个正弦波，其平均值为每个电源，其中的电流为半个正弦波，其平均值为:两个电源提供的总平均功率为：两个电源提供的总平均功率为：USC1=USC2=USC tic1 2 电源提供的直流平均功率计算电源提供的直流平均功率计算(注意注意:电压源电压一定电压源电压一定,流过其的电流由外电路决定流过其的电流由外电路决定!)!)高效率高效率第三十页，讲稿共五十页哦OTL:Output TransformerLessOCL:Output CapacitorLess 互补对称功放的类型 无输出变压器形式 （OTL电路）无输出电容形式 （OCL电路

17、）可见，上面讲的乙类双电源互补对称功率放大电路，基本解决了功率放大器领域技术进步的源动力问题-真实和高效第三十一页，讲稿共五十页哦一、特点一、特点1.单电源供电；单电源供电；2.输出加有大电容。输出加有大电容。二、静态分析二、静态分析则则 因为因为T1、T2 特性对称，特性对称，令：令：USC/2RLuiT1T2+USCCAUL+-UC9.3 无输出变压器的互补对称功放电路无输出变压器的互补对称功放电路OTL电路电路负载中没有电流。负载中没有电流。第三十二页，讲稿共五十页哦三、动态分析三、动态分析 若输出电容足够大，其上电压基本保持不变，则负载上得到的交流信号正负半周对称。但存在交越失真。ic

18、1ic2交越失真交越失真（UC相当于电源，放电）相当于电源，放电）RLuiT1T2+USCCAUL+-时，时，T1导通、导通、T2截止；截止；时，时，T1截止、截止、T2导通。导通。设输入端在设输入端在0.5USC直流电平基础上加入正弦信号直流电平基础上加入正弦信号起起-Usc的作用的作用第三十三页，讲稿共五十页哦四、输出功率及效率若忽略交越失真的影响，且若忽略交越失真的影响，且 ui 幅度足够大（使管子足以导通）。则：幅度足够大（使管子足以导通）。则：LSCLSCLRUIUU22maxmax=，uLULmaxuitt静态时静态时,虽有虽有Ui=USC/2,但是但是IB很小很小,故电源提故电源

19、提供的功率仍可以忽略供的功率仍可以忽略.这里为什么积分范围仅为这里为什么积分范围仅为0？-2为电容提为电容提供能量供能量第三十四页，讲稿共五十页哦D1D2ui+USCRLT1T2T3CRARe1Re2调节调节R,使静态时使静态时UA=0.5USCD1、D2使使b1和和b2之间的电位差大于之间的电位差大于2个二极管正向压降，克服交越失真个二极管正向压降，克服交越失真Re1、Re2：电阻值：电阻值12，射，射极负反馈电阻，也起限流保护作极负反馈电阻，也起限流保护作用用b1b2实用OTL互补输出功放电路 T3：电压推动级电压推动级第三十五页，讲稿共五十页哦 由图还可以看出，此时每管的导通由图还可以看

20、出，此时每管的导通时间略大于半个周期，而小于一个周时间略大于半个周期，而小于一个周期，故这种实用电路称为期，故这种实用电路称为OTLOTL甲乙类甲乙类互补对称功率放大电路。互补对称功率放大电路。第三十六页，讲稿共五十页哦去掉电容,增加对称的负电源-USC，使静态时的A点电位为0，负载中仍没有电流(就是前面讲原理时的电路)。9.3 无输出电容的互补对称功放电路无输出电容的互补对称功放电路OCL电路电路RLuiT1T2+USCCAUL+-UC+USC-USCuiiLRLT1T2AOTL电路电路OCL电路电路第三十七页，讲稿共五十页哦输出功率输出功率Po当当Vom=Vcc时（忽略时（忽略饱和压降）：

21、饱和压降）：电源供给功率电源供给功率PV当当Vom=Vcc时（忽略饱和压降）：时（忽略饱和压降）：(双电源双电源)参数小结参数小结第三十八页，讲稿共五十页哦管耗管耗PT利用求导的方法可找出管耗的最利用求导的方法可找出管耗的最大值，即大值，即:转换效率转换效率当当Vom=VCC 时：时：第三十九页，讲稿共五十页哦只需将双电源计算公式中的VCC换成 1/2VCC即为单电源的双双电电源源的的公公式式单单电电源源的的公公式式可以推出单电源和双电源功放电路参数可以推出单电源和双电源功放电路参数计算公式的差异计算公式的差异效率不变效率不变第四十页，讲稿共五十页哦管耗管耗PTPT=PE PO 必须强调指出，

22、实际上放大器仅放大了交流信号功率Pi（输入）,得到Po（输出），而这部分功率Po不是由三极管本身提供的，而是由电路中的直流电源提供的，放大器件仅在输入信号的作用下将直流电源提供的直流功率的一部分转换成为交流功率，因此，从这个意义上讲,有人认为：静态时最省电。这有人认为：静态时最省电。这句话对吗？句话对吗？而且它是一个可控的能量转换器，所转换成的交流功率是受输入交流信号控制的。低频功率放大器乃是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器 第四十一页，讲稿共五十页哦2例如，设=50，则B极：提供1个空穴，则E极到达C极的电子就有50个；提供2个空穴，则E极到达C极的电子就有100个；而这走

23、掉的50个或100个电子又由电源EC提供，形成源源不断的Ic。故说，Po不是由放大器件本身提供的，而是由电路中的直流电源提供的。放大器件仅在输入信号的作用下将直流电源提供的直流功率的一部分转化成了交流功率Po。BECNNPRBECIEICICIB +-UiRC*第四十二页，讲稿共五十页哦 tuo交越失真交越失真ui t+USC-USCuiiLRLT1T2AOCL电路电路OCLOCL电路也存在交越失真电路也存在交越失真第四十三页，讲稿共五十页哦R1D1D2R2 静态时:T1、T2两管发射结电位分别为二极管D1、D2的正向导通压降，致使两管均处于微弱导通状态；动态时：设 ui 加入正弦信号。正半周

24、 T2 截止，T1 基极电位进一步提高，进入良好的导通状态；负半周T1截止，T2 基极电位进一步降低，进入良好的导通状态。+USC-USCULuiiLRLT1T2电路中增加 R1、D1、D2、R2支路1.克服交越失真的措施：克服交越失真的措施：第四十四页，讲稿共五十页哦uB1tUTtiBIBQICQiCuBEiBib特点：存在较小的静态电流 ICQ、IBQ。每管导通时间大于半个周期，基本不失真。iCQuceUSC/REUSCIBQ波形关系：波形关系：第四十五页，讲稿共五十页哦为更换好地和T1、T2两发射结电位配合，克服交越失真，电路中的D1、D2两二极管，可以用UBE电压倍增电路替代。b1b2

25、+-BER1R2UIBI 合理选择R1、R2大小，B1、B2间便可得到 UBE 任意倍数的电压。图中B1、B2分别接T1、T2的基极。假设I IB，则2.UBE电压倍增电路电压倍增电路P33图图第四十六页，讲稿共五十页哦增加复合管的目的：扩大电流的驱动能力。规律：晶体管的类型由复合管中的第一支管子决定。会合处（绿点），要么同进要么同出。3.电路中增加复合管(达林顿管)NPNNPNPNPPNP第四十七页，讲稿共五十页哦 T1：电压推动级 T2、R1、R2：UBE倍增电路 T3、T4、T5、T6：复合管构成的输出级准互补准互补:输出级中的T4、T6均为NPN型晶体管，两者特性容易对称。+USC-U

26、SCR1R2RLuiT1T2T3T4T5T6改进后的改进后的OCLOCL准互补输出功放电路：准互补输出功放电路：NPNPNP第四十八页，讲稿共五十页哦功率BJT的选择 由上分析可知，若想得到最大输出功率，BJT的参数必须满足下列条件：（1）每只BJT的最大允许管耗PCM必须大于PT1m0.2Pom；（2）考虑到当T2导通时，uCES20，此时uCE1具有最大值，且等于2USC。因此，应选用的管子BUceo 2USC；（3）通过BJT的最大集电极电流为VCC/RL，选择BJT的ICM一般不宜低于此值。*+USC-USCuiiLRLT1T2BUceo:集电极发射极反向击穿电压.该电压是指当晶体管基极开路时，其集电极与发射极之间的最大允许电压.第四十九页，讲稿共五十页哦T T1414、T T1818、T T1919：准互补输出电路：准互补输出电路R R7 7、R R8 8、T T1515：U UBEBE倍增电路倍增电路（克服交越失真）（克服交越失真）（对称性好）（对称性好）D D1 1、D D2 2：过流保护：过流保护正常时，正常时，D D1 1、D D2 2截止。截止。补讲补讲F007F007输出级输出级第五十页，讲稿共五十页哦