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第四章 低频功率放大电路
中职2023高教版《电子技术基础》
4.1 概述
4.2 常用低频功率放大器
4.3 典型功放集成电路及其应用
4.1.2 低频功率放大器的分类
4.1.1 低频功率放大电路的基本要求
4.2.1 OCL功率放大器
4.2.2 OTL功率放大器
4.2.3 功放器件的选用和安全使用常识
4.3.2 典型功放集成电路应用实例
4.3.1 典型功放集成电路简介
2．对功率放大器的基本要求
4.1 概述
4.1.1 低频功率放大电路的基本要求
1．低频功率放大器的功能
向负载提供足够大低频信号功率的放大电路。
（2）有尽可能高的能量转换效率
（1）能向负载输出足够大的不失真功率
（4）功放管散热性能要好
（3）尽可能小的非线性失真
1．按功放管的工作状态分类
功放管（三极管）始终工作在三极管输出特性曲线的线性部分,即在输入信号的整个周期内，功放管均有电流，故电路输出波形失真小，但因静态时，功放管处于导通状态，且静态电流（ICQ）较大,电路转换效率较低，理想情况下最大效率可达 50%。
4.1.2 低频功率放大电路的分类
（1）甲类功率放大器
（2）乙类功率放大器
静态时，功放管处于截止状态，即在输入信号的整个周期内,功放管只在输入信号的半个周期内导通的。因此，电路需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。由于静态电流为零，电路转换效率较高，理想情况下可达 78.5%，但电路输出波形存在交越失真。
在静态时，功放管处于微导通状态，即在输入信号的整个周期内，功放管只在输入信号的大半个周期内导通。与乙类功率放大器电路一样，需用两只参数基本一致的功放管轮流工作（推挽）才能输出完整的波形信号。电路具有克服交越失真的优点，但由于电路中存在很小的静态电流，使电路转换效率略低于乙类。
（3）甲乙类功率放大器
2.按耦合方式分类
（1）阻容耦合功率放大电路——功放电路输出端通过耦合电容连接负载。
（2）变压器耦合功率放大电路——功放电路输出端通过变压器连接负载。
（3）直接耦合功率放大电路——功放电路输出端无需通过任何元件而直接与负载相连。
4.2.1 OCL 功率放大器
1．电路组成
（3）采用大小相等、极性不同的双电源供电。
（4）静态时两功放管均处于截止状态，电路工作在乙类状态。
一、未设偏置电路的 OCL 功放电路
（2）输出端采用直接耦合。
（1）由一对特性参数完全相同、导电类型不同的功放管V1（NPN管）和 V2（PNP管）组成的射极输出器构成。
RL
Vcc
Vcc
4.2 常用低频功率放大器
当输入信号为正半周时，V1 导通（V2截止），集电极电流 iC1 流经负载 RL ，在 RL两端产生正半周输出信号电压vo 。
当输入信号为负半周时，V2 导通（V1 截止），集电极电流 iC2 流经负载 RL ，在 RL 两端产生负半周输出信号电压 vo。
2. 工作原理
综上所述， 在输入信号变化一个周期内，V1与V2 交替导通半周，犹如一推一挽，在负载上合成完整的输出信号波形。通常称这种电路为推挽电路。乙类推挽功放电路效率虽高，理想时可达 78.5%，但输出波形却产生了失真。
输出波形
输入波形
Vcc
Vcc
RL
输出波形在正、负半周的交替处产生的失真称为交越失真。
3.交越失真及其消除方法
产生交越失真的原因：当基极信号幅值小于死区电压时，三极管不导通或导通情况不好，造成两功放管在输出电压的正、负半周交接处（零点附近）产生了波形失真。
交越失真
消除交越失真的方法：给功放管设置适当的直流偏置电压，使其静态时处于微导通状态，即工作于甲乙类状态。
二、加有偏置电路的 OCL 功放电路
（4）R2 还是 V5 管的发射极负反馈电阻，起稳定静态工作点和改善输出信号失真的作用。
（1）激励管（推动管）V5 起电压放大作用，推动功放管工作。
（2）R1 是 V5 管的集电极电阻，可将 V5 放大的电流信号转换为电压信号。
（3）V3、V4、R1 和 R2 构成 V1、V2 的偏置电路，使电路工作于甲乙类状态，其目的是克服交越失真。
1．电路组成
2．工作原理
（1）在 vi 的正半周，V5 输出负极性信号，V1 反偏截止，V2 正偏导通，信号经 V2 放大后，形成信号电流 iC2，并在 RL 两端产生正 半周输出信号电压 vo。V2 的直流电源由 –Vcc 提供。
（2）在 vi 的负半周，V5 输出正极性信号，V2 反偏截止，V1 正偏导通，信号经 V1 放大后，形成信号电流 iC1，并在 RL 两端产生负半周输出信号电压vo。V1 的直流电源由Vcc 提供。
3．OCL 功放电路的输出功率和效率
（2）由于功放管静态时有微小的偏置电流，所以其最大效率略低于乙类。
（1）OCL功放电路最大输出功率
4. 2. 2 OTL 功率放大器
（1）V1、RP1、R1、R2、R3、R5 和 C2 组成激励级。其中 C2 是中和电容，防止电路产生高频自激。
1.电路组成
（2）RP1 作用：
①给 V1 发射结提供正向偏置电压；
②调节电路中点电压，使 ；
③引入电压并联负反馈作用，既可稳定 Q 点又能稳定输出电压。
（3）V3 、 V4 互补对称，起功放作用；
（4）二极管 V2 和可调电阻 RP2 的作用：消除电路的交越失真。
（6） C4、R4 组成“自举电路”，其作用是改善输出波形。
（5）电路与负载之间的连接采用电容耦合。输出耦合电容 C5 由于充电而有直流电压 VC（等于Vcc 的一半，且左端为正，右端为负），还兼作 V4 的直流电源。
（7）C3、R6 组成电源退耦电路，用于滤除电源中的各种干扰信号。
在输入信号 vi 的负半周，V1 输出正极性信号，此时，V3 正偏导通，V4 反偏截止，信号经 V3 放大后形成信号电流 iC3，在 RL 两端产生正半周输出信号电压 vo 。此时，直流电源经 V3 向 C5充电。
2.工作原理
在输入信号 vi 的正半周，V1 输出负极性信号，V4 正偏导通，V3 反偏截止， C5 经 V4 向负载 RL 放电（C5 起到负电源的作用），信号经 V4 放大后形成信号电流 iC4 ，并在 RL 两端产生负半周输出信号电压vo。
3.电路的最大输出功率：
解：
[例] 在如图所示的 OTL 功放电路中，已知
求：该电路的最大输出功率。
4. 2. 3 功放器件的选用和安全使用常识
1．功放管的选用
（3）对于 OCL 和 OTL 功放电路，功放管选用时应注意配对原则。
（1）OCL 功放电路：
（2）OTL 功放电路：
（4）集电极损耗功率应低于PCM 。
2. 功放管安全使用常识
（3）不能把两个功放管的金属外壳或散热片直接安装到散热板（或片）上。
（1）功放管在使用的过程中，必须采用相应的散热措施。
（2）在更换功放管时，除考虑配对原则外，还应先检查其前级推动电路或负载是否存在故障，以免更换功放器件后再次损坏。
（5）不能在功放电路通电的情况下连接音箱线。
（4）在开、关功放电路的电源之前，要把功放电路的音量电位器旋至最小。
4.3.1 典型功放集成电路简介
4.3 典型功放集成电路及其应用
TDA2030 是德律风根公司生产的音频功放电路，采用 V 型 5 脚单列直插式塑料封装结构，其输出功率大于10W，输出电流峰值最大可达3.5A，被广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备中。
1.电路特点
集成功放具有温度稳定性好，电源利用率高，功耗较低，非线性失真较小，工作安全可靠、开机冲击电流极小等优点。
2.引脚说明
4.3.2 典型功放集成电路应用实例——音频功率放大器
TDA2030：高保真功放集成电路；
R1、R2 ：交流负反馈电阻，其比值决定该电路的闭环增益；
R4、C7 ：相位校正网路，避免扬声器产生高频啸叫；
V1、V2：保护二极管，防止输出电压瞬间出现峰值损坏集成电路 ；
C3、C4 ：高频旁路电容，消除高频自激振荡；
C5、C6 ：电源滤波电容。

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