项目2音频功率放大器的制作课件

江西省电子信息技师学院江西省电子信息工程学校实用模拟电子技术项目教程主编:罗国强 罗伟内容介绍:江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系项目项目1 直流稳压电源的制作直流稳压电源的制作 项目项目2 音频功率放大器的制作音频功率放大器的制作 项目项目3 远距离调频无线话筒的制作远距离调频无线话筒的制作 项目项目4 温度指示器的制作温度指示器的制作 项目项目5 节能调节器的制作节能调节器的制作 项目项目2 2 音频功率放音频功率放大器的制作大器的制作 许多电子产品都要用到音频功率放大器，诸如音响、许多电子产品都要用到音频功率放大器，诸如音响、电视机、收音机等，均要求放大电路的末级有足够的功率去推电视机、收音机等，均要求放大电路的末级有足够的功率去推动扬声器（喇叭）音圈振动发出声音。这种用于向负载提供足动扬声器（喇叭）音圈振动发出声音。这种用于向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。音频功够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。音频功率放大器的作用是将微弱的声音电信号放大为功率或幅度足够率放大器的作用是将微弱的声音电信号放大为功率或幅度足够大、且与原来信号变化规律一致的信号，即进行不失真的放大。大、且与原来信号变化规律一致的信号，即进行不失真的放大。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系内容提要内容提要任务任务任务任务1 1 前置放大电路制作前置放大电路制作前置放大电路制作前置放大电路制作 1 1 任务任务任务任务2 2 负反馈在放大电路的应用负反馈在放大电路的应用负反馈在放大电路的应用负反馈在放大电路的应用2 2 任务任务任务任务3 3 功率放大电路的制作功率放大电路的制作功率放大电路的制作功率放大电路的制作 3 33 3江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系任务任务1 前置放大电路制作前置放大电路制作任务目标：任务目标：任务目标：任务目标：1 1能熟练画出分压偏置式放大电路图，并对其能自能熟练画出分压偏置式放大电路图，并对其能自动稳定工作点的原理进行分析。动稳定工作点的原理进行分析。2 2能准确分析电路元件参数对静态工作点的影响，能准确分析电路元件参数对静态工作点的影响，并正确设置静态工作点。并正确设置静态工作点。3 3能熟练掌握直流工作点与放大器非线性失真的关能熟练掌握直流工作点与放大器非线性失真的关系。系。4 4能熟练安装、调试分压偏置式放大电路。能熟练安装、调试分压偏置式放大电路。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系知识知识1 分压偏置式放大电路分压偏置式放大电路 温度变化会引起放大电路的静态工作点发生偏移，从温度变化会引起放大电路的静态工作点发生偏移，从而影响放大电路的正常工作。为了提高静态工作点的稳定而影响放大电路的正常工作。为了提高静态工作点的稳定性，在放大电路中通常采用分压偏置式放大电路来提高静性，在放大电路中通常采用分压偏置式放大电路来提高静态工作点的稳定性。态工作点的稳定性。分压偏置式放大电路是最常用的音频信号前置放大电分压偏置式放大电路是最常用的音频信号前置放大电路。下面以路。下面以NPNNPN型晶体三极管所组成的分压偏置式放大电型晶体三极管所组成的分压偏置式放大电路为例，介绍放大电路的工作原理。路为例，介绍放大电路的工作原理。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系1电路结构及各元件的作用电路结构及各元件的作用 电路结构如图电路结构如图2121所示。所示。R Rb1b1为为上偏置电阻，上偏置电阻，R Rb2b2为下偏置电阻，为下偏置电阻，R Rb1 b1、R Rb2b2的阻值一般为几十千欧。的阻值一般为几十千欧。电源电压电源电压V VCCCC经经R Rb1 b1、R Rb2b2分压后分压后得到基极电压得到基极电压U UBQBQ，给三极管，给三极管V V的的发射结提供合适的正向偏置电压，发射结提供合适的正向偏置电压，同时给基极提供一个合适的基极同时给基极提供一个合适的基极电流。电流。图图21 21 分压偏置式放大电路分压偏置式放大电路 R Re e为发射极电阻，也称发射极负反馈电阻，主要起到为发射极电阻，也称发射极负反馈电阻，主要起到稳定工作点的作用。稳定工作点的作用。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 C Ce e称为发射极交流旁路电容，作用是避免交流信号电压在发射极称为发射极交流旁路电容，作用是避免交流信号电压在发射极电阻电阻R Re e上产生压降，造成放大电路电压放大倍数下降。上产生压降，造成放大电路电压放大倍数下降。R Rc c为集电极电阻，电源通过为集电极电阻，电源通过R Rc c给集电结加上反向偏压，使三极管工给集电结加上反向偏压，使三极管工作在放大区。作在放大区。V V为晶体三极管，是放大电路的核心元件。为晶体三极管，是放大电路的核心元件。R RL L为负载电阻。为负载电阻。2 2稳定工作点的原理稳定工作点的原理稳定工作点的原理稳定工作点的原理 当温度升高时，由于三极管当温度升高时，由于三极管V V的的、I ICEQCEQ增大及增大及U UBEQBEQ减小而引起集电减小而引起集电极电流极电流I ICQCQ增大，则发射极电阻增大，则发射极电阻R Re e上的压降上的压降U UEQEQ增大。增大。基极电位基极电位V VBQBQ由由R Rb1b1、R Rb2b2串联分压提供，大小基本稳定，因此发射串联分压提供，大小基本稳定，因此发射结电压结电压U UBEQBEQ(U UBEQBEQ=V VBQBQU UEQEQ)减小，于是集电极电流减小，于是集电极电流I ICQCQ的增加受到限的增加受到限制，达到稳定静态工作点的目的。上述自动稳定工作点过程总结如下：制，达到稳定静态工作点的目的。上述自动稳定工作点过程总结如下：温度温度t t升高升高 集电极电流集电极电流I ICQCQ增大增大 发射极电流发射极电流I IEQEQ增大增大 发射发射极电位极电位V VEQEQ升高升高 发射结电压发射结电压U UBEQBEQ下降下降 基极电流基极电流I IBQBQ减小减小 集电集电极电流极电流I ICQCQ下降。下降。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系注意：注意：分压偏置式放大电路稳定工作点的关键在于利用发射极电阻分压偏置式放大电路稳定工作点的关键在于利用发射极电阻R Re e两端的电压来反映集电极电流的变化情况，实质上是通过两端的电压来反映集电极电流的变化情况，实质上是通过R Re e的变化量来控的变化量来控制并调节集电极电流制并调节集电极电流I ICQCQ的变化，最后达到稳定静态工作点的目的。可从的变化，最后达到稳定静态工作点的目的。可从以下三点加深理解：以下三点加深理解：1 1）由于温度变化对）由于温度变化对、I ICEQCEQ及及U UBEQBEQ等参数产生影响，将导致三极管集等参数产生影响，将导致三极管集电极电流电极电流I ICQCQ变化，从而引起放大电路工作点的偏移。因此，要稳定工作变化，从而引起放大电路工作点的偏移。因此，要稳定工作点，关键在于稳定三极管集电极电流点，关键在于稳定三极管集电极电流I ICQCQ。2 2）放大电路中三极管基极电压）放大电路中三极管基极电压U UBEQBEQ由偏置电阻由偏置电阻R Rb1b1、R Rb2b2分压得到（即分压得到（即分压式偏置电路），故三极管基极电压相对比较稳定，与温度无关。分压式偏置电路），故三极管基极电压相对比较稳定，与温度无关。3 3）由于三极管发射极电阻）由于三极管发射极电阻R Re e的存在，与基极电压共同起作用，稳定了的存在，与基极电压共同起作用，稳定了三极管集电极电流的变化，使放大电路的静态工作点趋于稳定。三极管集电极电流的变化，使放大电路的静态工作点趋于稳定。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系3 3元件参数对静态工作点的影响元件参数对静态工作点的影响元件参数对静态工作点的影响元件参数对静态工作点的影响 静态工作点合适与否决定着电路能否正常进静态工作点合适与否决定着电路能否正常进行交流放大，可以用以前学过的估算法求出静态行交流放大，可以用以前学过的估算法求出静态工作点，也可以用作图的方法求出。图工作点，也可以用作图的方法求出。图2222所示所示为共射基本放大电路的直流通路，在集电极回路为共射基本放大电路的直流通路，在集电极回路可以列出如下方程：可以列出如下方程：U UCECE=V VCCCC I IC CR Rc c 这就是直流负载线方程。这就是直流负载线方程。U UCECE与与I IC C是线性关是线性关系，是一条直线。在输出特性曲线所在坐标中，系，是一条直线。在输出特性曲线所在坐标中，只需在坐标轴上确定两个特殊点只需在坐标轴上确定两个特殊点V VCCCC和和V VCCCC/R Rc c，便可作出这条直流负载线便可作出这条直流负载线MNMN，其中当，其中当i iB B=I IBQBQ的的这条输出特性曲线与直流负载线这条输出特性曲线与直流负载线MNMN的交点即为的交点即为QQ点，如图点，如图2323所示。所示。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系图2-2 直流通路 图2-3 直流负载线与Q点电路中元件参数Rb、Rc对静态工作点Q的影响见图2-4所示。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系（1）增大Rb时，静态工作点由Q下移到Q1；减小Rb时，静态工作点由Q上移到Q2。（2）增大Rc时，静态工作点由Q 左移到Q3；减小Rc时，静态工作点由Q右移到Q4。同理可分析VCC对静态工作点Q的影响。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系知识知识2 直流工作点与放大器非线性失真直流工作点与放大器非线性失真的关系的关系 对放大器的最基本的要求是实现交流信号的对放大器的最基本的要求是实现交流信号的不失真放大，即输出信号的波形与输入信号的波不失真放大，即输出信号的波形与输入信号的波形应是相似的。如果放大器的工作点设置不合适，形应是相似的。如果放大器的工作点设置不合适，将导致输出波形产生失真现象。例如，在音频放将导致输出波形产生失真现象。例如，在音频放大电路中，表现为声音失真；而在电视扫描放大大电路中，表现为声音失真；而在电视扫描放大电路中，将表现为图像比例失真。这种失真是由电路中，将表现为图像比例失真。这种失真是由于电路的工作范围超出了三极管的特性曲线的线于电路的工作范围超出了三极管的特性曲线的线性区而产生的，称为非线性失真。它包括饱和失性区而产生的，称为非线性失真。它包括饱和失真和截止失真两类。真和截止失真两类。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系1 1交流通路与交流负载线交流通路与交流负载线交流通路与交流负载线交流通路与交流负载线 放大电路在输入交流信号的情况下处于动态工作状放大电路在输入交流信号的情况下处于动态工作状态，称为动态。在动态时，放大电路在输入信号态，称为动态。在动态时，放大电路在输入信号u ui i和直流和直流电源电源V VCCCC共同作用下工作，电路中既有直流分量，又有交共同作用下工作，电路中既有直流分量，又有交流分量，形成了交、直流共存于同一电路之中的情况，各流分量，形成了交、直流共存于同一电路之中的情况，各极的电流和各极的电压都在静态值的基础上叠加一个随输极的电流和各极的电压都在静态值的基础上叠加一个随输入信号入信号u ui i作相应变化的交流分量。由于耦合电容对交流信作相应变化的交流分量。由于耦合电容对交流信号可看成短路，而直流电源号可看成短路，而直流电源V VCCCC对交流信号则看成直接对对交流信号则看成直接对地短路，由此可画出放大电路的交流通路图。如图地短路，由此可画出放大电路的交流通路图。如图225 5（a a）所示为基本共射放大电路的交流通路图，图中，）所示为基本共射放大电路的交流通路图，图中，R RL L=R RL L/R Rc c称为交流等效负载。称为交流等效负载。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系（a a）放大电路的交流通路）放大电路的交流通路 (b)(b)放大电路的交流负载线放大电路的交流负载线 图图25 25 放大电路的交流通路与交流负载线放大电路的交流通路与交流负载线 由图由图2525（a a）可知）可知 u ucece=i ic c R RL L 而而u uce ce=u uCE CE U UCECE，i ic c=i iC C I IC C，代入上式可得，代入上式可得 u uCE CE U UCE CE =（i iC C I IC C）R RL L 上式表明，动态时上式表明，动态时i iC C与与u uCECE的关系仍为一直线，该直线的斜率为的关系仍为一直线，该直线的斜率为 （1/1/R RL L），它由交流负载电阻），它由交流负载电阻R RL L 决定，因此称为交流负载线，如图决定，因此称为交流负载线，如图2525（b b）所示。显然，这条直线通过工作点）所示。显然，这条直线通过工作点QQ（U UCECE、I IC C），且与两），且与两坐标轴的交点分别为：坐标轴的交点分别为：A A（U UCECE+I IC C R RL L，0 0），），B B（0 0，I IC C+U UCECE/R RL L）。）。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系2放大电路的非线性失真放大电路的非线性失真1 1）饱和失真现象）饱和失真现象 在如图在如图2-12-1所示的音频信号前置放大电路中，当输入信号所示的音频信号前置放大电路中，当输入信号u ui i为正弦信号时，若上偏置电阻为正弦信号时，若上偏置电阻R Rb1b1设置为设置为5.1k5.1k，基极电流，基极电流I IBQBQ就较大，此时放大电路输出的电压波形就会产生失真，其就较大，此时放大电路输出的电压波形就会产生失真，其负半周被削去一部分，称之为饱和失真，如图负半周被削去一部分，称之为饱和失真，如图2-62-6所示。所示。图2-6 饱和失真波形与图解分析江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 根据图解分析法可以从图根据图解分析法可以从图2-62-6看出，看出，I IBQBQ偏大时，静态工作点偏大时，静态工作点QQ点偏高，点偏高，在饱和临界点附近，在饱和临界点附近，i iB B增大无法使增大无法使i ic c相应增大，于是会在相应增大，于是会在i ic c的正半周、的正半周、u ucece的负半周出现饱和失真（切割失真）现象。的负半周出现饱和失真（切割失真）现象。为了克服放大电路出现的饱和失真现象，可适当增大上偏置电阻为了克服放大电路出现的饱和失真现象，可适当增大上偏置电阻R Rb1b1，使，使I IBQBQ降低，降低，QQ点下移。点下移。2 2）截止失真现象）截止失真现象 在如图在如图2-2-所示的音频信号前置放大电路中，当输入信号所示的音频信号前置放大电路中，当输入信号u ui i为正弦为正弦信号时，若上偏置电阻信号时，若上偏置电阻R Rb1b1设置为设置为330k330k，基极电流，基极电流I IBQBQ就较小，此时放大就较小，此时放大电路输出的电压波形也会产生失真，其正半周被削去一部分，称之为截电路输出的电压波形也会产生失真，其正半周被削去一部分，称之为截止失真。如图止失真。如图2-72-7所示。所示。图2-7 截止失真波形与图解分析江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系QQ点选择不当引起放大电路的非线性失真，可概括如表点选择不当引起放大电路的非线性失真，可概括如表2121所示。所示。表表21 Q21 Q点设置引起的放大电路非线性失真点设置引起的放大电路非线性失真 为了减小或避免非线性失真，必须合理选择静态工作点位置，一般选在交流负载线的中点附近，同时限制输入信号的幅度。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系3 3放大电路的的最大不失真输出电压幅度放大电路的的最大不失真输出电压幅度放大电路的的最大不失真输出电压幅度放大电路的的最大不失真输出电压幅度 最大不失真输出电压幅度是指放大电路不产生截止或饱最大不失真输出电压幅度是指放大电路不产生截止或饱和失真时，输出所能获得的最大电压幅度，用和失真时，输出所能获得的最大电压幅度，用U Uomom表示，如表示，如图图2-82-8所示。所示。图2-8 放大电路最大不失真输出电压幅度江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 显然，为了充分利用晶体管的放大区，使输出显然，为了充分利用晶体管的放大区，使输出动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中动态范围最大，直流工作点应选在交流负载线的中点处，即线性放大区的中点，这样，正、负半周信点处，即线性放大区的中点，这样，正、负半周信号都能得到充分放大，并最大限度地利用动态范围。号都能得到充分放大，并最大限度地利用动态范围。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系任务任务2 负反馈在放大电路中的应用负反馈在放大电路中的应用任务目标：任务目标：1 1掌握反馈的概念、类型及其特点。掌握反馈的概念、类型及其特点。2 2能理解负反馈的概念及特点，并掌握判断负反馈放大电能理解负反馈的概念及特点，并掌握判断负反馈放大电 路类型的方法。路类型的方法。3 3了解负反馈对放大电路性能的影响。了解负反馈对放大电路性能的影响。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系引言：反馈在电子电路中的应用十分广泛，特别是在放大电路中引入负引言：反馈在电子电路中的应用十分广泛，特别是在放大电路中引入负反馈可大大改善放大电路的性能，前面介绍的分压偏置式放大电路实反馈可大大改善放大电路的性能，前面介绍的分压偏置式放大电路实质上就是利用负反馈原理来稳定静态工作点的。质上就是利用负反馈原理来稳定静态工作点的。知识知识1 反馈的类型与判断反馈的类型与判断 1 1反馈的概念反馈的概念 反馈就是把放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过反馈就是把放大电路输出信号（电压或电流）的一部分或全部通过一定的电路送回到输入端。从输出端反馈到输入端的信号称反馈信号，一定的电路送回到输入端。从输出端反馈到输入端的信号称反馈信号，传递反馈信号的电路称为反馈电路，如图传递反馈信号的电路称为反馈电路，如图214214所示，其中所示，其中X Xi i为外部输入为外部输入信号，信号，X Xd d为净输入信号，为净输入信号，X Xf f为反馈信号为反馈信号。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系2反馈的类型反馈的类型 反馈有正、负之分，在放大电路中通常引入负反馈以反馈有正、负之分，在放大电路中通常引入负反馈以改善放大电路的性能，正反馈则多用于振荡电路。改善放大电路的性能，正反馈则多用于振荡电路。1 1）正反馈。如果反馈信号加到放大电路的输入端，使输入）正反馈。如果反馈信号加到放大电路的输入端，使输入端的信号得到加强，这种反馈称为正反馈。正反馈会使放端的信号得到加强，这种反馈称为正反馈。正反馈会使放大电路信号越来越强，最后形成自激振荡，如话筒啸叫现大电路信号越来越强，最后形成自激振荡，如话筒啸叫现象。象。2 2）负反馈。如果反馈信号加到放大电路输入端，使输入端）负反馈。如果反馈信号加到放大电路输入端，使输入端信号减弱，这种反馈类型则称为负反馈。负反馈能增强放信号减弱，这种反馈类型则称为负反馈。负反馈能增强放大电路的稳定性，故广泛应用于各类放大电路中。大电路的稳定性，故广泛应用于各类放大电路中。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系3 3负反馈的四种类型及其类别负反馈的四种类型及其类别负反馈的四种类型及其类别负反馈的四种类型及其类别 1 1）负反馈的四种类型）负反馈的四种类型 根据反馈信号与输出信号的关系，可分为电根据反馈信号与输出信号的关系，可分为电压反馈与电流反馈。如果反馈量取自输出电压，压反馈与电流反馈。如果反馈量取自输出电压，反馈信号为电压信号则称为电压反馈，如图反馈信号为电压信号则称为电压反馈，如图2214(c)14(c)、(d)(d)所示。电压负反馈能够稳定放大电路所示。电压负反馈能够稳定放大电路的输出电压，降低输出电阻；如果反馈量取自输的输出电压，降低输出电阻；如果反馈量取自输出电流，反馈信号为电流信号则称为电流反馈，出电流，反馈信号为电流信号则称为电流反馈，如图如图214(a214(a）、）、(b)(b)所示。电流负反馈能够稳定所示。电流负反馈能够稳定放大电路的输出电流，提高输出电阻。放大电路的输出电流，提高输出电阻。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系图2-15 负反馈放大电路的四种类型江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 根据反馈信号与输入信号的关系，可分为并联反馈与串联反馈。如反根据反馈信号与输入信号的关系，可分为并联反馈与串联反馈。如反馈信号输入端与放大电路输入端呈并联关系，则称为并联反馈，如图馈信号输入端与放大电路输入端呈并联关系，则称为并联反馈，如图215215（a a）、）、(d)(d)所示，此时的反馈信号与输入信号通常在同一节点引入；如果所示，此时的反馈信号与输入信号通常在同一节点引入；如果与放大电路输入端呈串联关系，则称为串联反馈，如图与放大电路输入端呈串联关系，则称为串联反馈，如图215215（b b）、（）、（c c）所示，此时的反馈信号与输入信号不在同一节点。所示，此时的反馈信号与输入信号不在同一节点。由以上反馈组合，可得出放大电路中负反馈共有以下四种类型。由以上反馈组合，可得出放大电路中负反馈共有以下四种类型。（1 1）电流并联负反馈，如图）电流并联负反馈，如图215215（a a）所示。）所示。（2 2）电流串联负反馈如图）电流串联负反馈如图215215（b b）所示。）所示。（3 3）电压串联负反馈，如图）电压串联负反馈，如图215215（c c）所示。）所示。（4 4）电压并联负反馈，如图）电压并联负反馈，如图215215（d d）所示。）所示。2 2）负反馈类型的判别）负反馈类型的判别 现以图现以图215215（c c）为例，来说明负反馈类型的判别方法。）为例，来说明负反馈类型的判别方法。（1 1）瞬时相位极性法判别是正反馈还是负反馈）瞬时相位极性法判别是正反馈还是负反馈 瞬时相位极性法是判断电路中反馈极性的基本方法，具体做法如下：瞬时相位极性法是判断电路中反馈极性的基本方法，具体做法如下：假设输入信号瞬时对地有一正向（或负向）的变化，即瞬时电位升高时，假设输入信号瞬时对地有一正向（或负向）的变化，即瞬时电位升高时，相应的瞬时极性用相应的瞬时极性用“（+）”表示，瞬时电位降低时，相应的瞬时极性用表示，瞬时电位降低时，相应的瞬时极性用“（）（）”表示；表示；江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 按照信号先放大后反馈的传输途径，根据电路的工作原理，确定按照信号先放大后反馈的传输途径，根据电路的工作原理，确定各有关点的相位关系，从而逐级推出电路中有关点的瞬时极性；各有关点的相位关系，从而逐级推出电路中有关点的瞬时极性；判断反馈到输入回路的反馈信号是增强还是削弱了原来的输入判断反馈到输入回路的反馈信号是增强还是削弱了原来的输入信号。如果反馈信号增强了原来的输入信号，则是正反馈；如果反馈信信号。如果反馈信号增强了原来的输入信号，则是正反馈；如果反馈信号削弱了原来的输入信号，则是负反馈。号削弱了原来的输入信号，则是负反馈。如图如图215215图（图（c c）所示，根据共射极放大电路集电极电位与基极）所示，根据共射极放大电路集电极电位与基极电位反相的特性，在电路中可以标出某一瞬时的信号极性，由此判断电位反相的特性，在电路中可以标出某一瞬时的信号极性，由此判断反馈信号削弱了放大器输入信号（反馈信号削弱了放大器输入信号（u ui i减小），故为负反馈。减小），故为负反馈。（2 2）判别是电压反馈还是电流反馈）判别是电压反馈还是电流反馈 图图215215（c c）中，反馈信号取自放大电路的输出端，反馈信号大）中，反馈信号取自放大电路的输出端，反馈信号大小与放大电路输出电压成正比，故为电压反馈。小与放大电路输出电压成正比，故为电压反馈。（3 3）判别是串联反馈还是并联反馈）判别是串联反馈还是并联反馈 图图215(c215(c）中，反馈信号通过）中，反馈信号通过C Cf f、R Rf f馈入第一级放大电路馈入第一级放大电路V1V1的的发射极，与放大电路输入信号呈串联关系，故判断为串联反馈。发射极，与放大电路输入信号呈串联关系，故判断为串联反馈。综上分析，图综上分析，图215(c215(c）中元件）中元件C Cf f、R Rf f构成电压串联负反馈。构成电压串联负反馈。现将判别负反馈类型的方法总结列于表现将判别负反馈类型的方法总结列于表2525。表表2-5 2-5 负反馈结构与类型负反馈结构与类型江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 知识知识知识知识2 2 负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响负反馈对放大电路性能的影响 放大电路引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但提高放大电路引入负反馈后，虽然放大倍数降低了，但提高了放大电路的稳定性，而且可以改善电路的许多性能，如提了放大电路的稳定性，而且可以改善电路的许多性能，如提高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，根据需要改变放大高放大倍数的稳定性，减小非线性失真，根据需要改变放大电路的输入电路的输入/输出电阻以及展宽通频带等。输出电阻以及展宽通频带等。1 1降低了放大倍数降低了放大倍数降低了放大倍数降低了放大倍数 实验证明：引入交流负反馈会使放大电路的放大倍数下实验证明：引入交流负反馈会使放大电路的放大倍数下降。降。例如，在电压串联负反馈电路中，无反馈时放大倍数例如，在电压串联负反馈电路中，无反馈时放大倍数A Au u=与接入负反馈后的放大倍数与接入负反馈后的放大倍数A Aufuf =的关系如下：的关系如下：因为因为 u ui i=u=ui i u uf f 在反馈放大电路中，将反馈信号电压在反馈放大电路中，将反馈信号电压u uf f与输出信号电压与输出信号电压u uo o之比，定义为反馈系数之比，定义为反馈系数F F。即即 F F=u uf f/u uo o F F反映反馈量的大小，其数值在01之间。F=0，表示反馈量为零；F=1，则表示输出电压全部反馈到输入端。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 经过推算可以得出负反馈放大电路的放大倍数公式：经过推算可以得出负反馈放大电路的放大倍数公式：式中的式中的(1 1+A+AuFuF)是衡量负反馈程度的一个重要指标，称为是衡量负反馈程度的一个重要指标，称为反馈深度，反馈深度，(1(1+A+AuFuF)越大，反映负反馈放大电路的放大倍数越大，反映负反馈放大电路的放大倍数A Aufuf比无反馈时的放大倍数比无反馈时的放大倍数A Au u小得越多。小得越多。2 2提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性 由于周围环境温度变化，更换不同由于周围环境温度变化，更换不同 值的三极管以及负值的三极管以及负载电阻变化等原因，均会导致放大电路的放大倍数发生变化。载电阻变化等原因，均会导致放大电路的放大倍数发生变化。当输入信号一定时，引入电压负反馈，能使输出电压基本维当输入信号一定时，引入电压负反馈，能使输出电压基本维持恒定；引入电流负反馈，能使输出电流基本维持恒定，也持恒定；引入电流负反馈，能使输出电流基本维持恒定，也就是说能维持放大倍数的稳定。就是说能维持放大倍数的稳定。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 2 2提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性提高了放大倍数的稳定性 由于周围环境温度变化，更换不同由于周围环境温度变化，更换不同 值的三极管以及负载电阻变化值的三极管以及负载电阻变化等原因，均会导致放大电路的放大倍数发生变化。当输入信号一定时，等原因，均会导致放大电路的放大倍数发生变化。当输入信号一定时，引入电压负反馈，能使输出电压基本维持恒定；引入电流负反馈，能使引入电压负反馈，能使输出电压基本维持恒定；引入电流负反馈，能使输出电流基本维持恒定，也就是说能维持放大倍数的稳定。输出电流基本维持恒定，也就是说能维持放大倍数的稳定。3 3减小了非线性失真减小了非线性失真减小了非线性失真减小了非线性失真 理想放大电路应当是线性的，它的输出波形与输入波形相比，不同理想放大电路应当是线性的，它的输出波形与输入波形相比，不同之处仅仅是幅值增大了。但由于晶体管是非线性器件，当输入信号较大之处仅仅是幅值增大了。但由于晶体管是非线性器件，当输入信号较大时，晶体三极管易进入非线性区（饱和、截止状态），导致输出信号出时，晶体三极管易进入非线性区（饱和、截止状态），导致输出信号出现非线性失真，引入负反馈电路后，能显著减小非线性失真，改善输出现非线性失真，引入负反馈电路后，能显著减小非线性失真，改善输出波形，负反馈愈深，波形失真愈小。波形，负反馈愈深，波形失真愈小。4 4改变了输入输出电阻改变了输入输出电阻改变了输入输出电阻改变了输入输出电阻 放大器引入不同类型的负反馈后，能相应改变放大器的输入输出放大器引入不同类型的负反馈后，能相应改变放大器的输入输出电阻电阻 ，以满足放大电路在各种场合的使用。四种负反馈类型对输入输，以满足放大电路在各种场合的使用。四种负反馈类型对输入输出电阻的影响如表出电阻的影响如表2626所示。所示。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系5扩展了放大电路的通频带扩展了放大电路的通频带 通频带是放大电路的重要技术指标，从本质上说，放大电路的通频带受到一定限制，是由于放大电路对不同频率的输入信号呈现出不同的放大能力而造成的。引入负反馈后，使放大电路在较大的信号频率范围内放大倍数几乎不变，相当于放大电路的通频带（也称带宽）增大。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 不带负反馈时，通频带BW=fH fL，由于fH fL。引入负反馈后，可以使放大电路的闭环通频带展宽为开环时的（1+AF）倍，即 BWf（1+AF）BW 所以在一些要求有较宽频带的音、视频放大电路中，引入负反馈是展宽频带的有效措施之一。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系任务任务3 功率放大电路的制作功率放大电路的制作任务目标：任务目标：1 1了解功率放大电路的常见类型及其特点。了解功率放大电路的常见类型及其特点。2 2能区分能区分OCLOCL功率放大电路与功率放大电路与OTLOTL功率放大电路的功率放大电路的 结构，并分析其工作原理。结构，并分析其工作原理。3 3能安装、调试常用集成音频功率放大电路。能安装、调试常用集成音频功率放大电路。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系知识知识知识知识1 1 功率放大电路的性能要求与分类功率放大电路的性能要求与分类功率放大电路的性能要求与分类功率放大电路的性能要求与分类 1 1功率放大电路的性能要求功率放大电路的性能要求功率放大电路的性能要求功率放大电路的性能要求 在实际电路中，放大电路的实质上都是能量转换在实际电路中，放大电路的实质上都是能量转换电路，但性能要求有所不同。电压放大电路的主要任电路，但性能要求有所不同。电压放大电路的主要任务是把微弱的信号电压进行放大，使负载得到不失真务是把微弱的信号电压进行放大，使负载得到不失真的电压信号，注重电压放大倍数、输入与输出电阻等的电压信号，注重电压放大倍数、输入与输出电阻等指标。而功率放大电路的主要任务是不失真地放大信指标。而功率放大电路的主要任务是不失真地放大信号的功率，常工作于大电流、高电压的大信号状态下，号的功率，常工作于大电流、高电压的大信号状态下，注重的是最大输出功率、电源效率、功放管的极限参注重的是最大输出功率、电源效率、功放管的极限参数和电路消除失真的措施等，针对上述特点，对功率数和电路消除失真的措施等，针对上述特点，对功率放大电路一般有以下要求。放大电路一般有以下要求。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系1 1）有足够大的输出功率）有足够大的输出功率 功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率，功率放大电路提供给负载的信号功率称为输出功率，为使功率放大电路的三极管（简称功放管）的电压和电流为使功率放大电路的三极管（简称功放管）的电压和电流都允许有足够大的输出幅度，功率放大电路常工作于接近都允许有足够大的输出幅度，功率放大电路常工作于接近极限的工作状态。极限的工作状态。2 2）效率要高）效率要高 功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功功率放大电路的最大输出功率与电源提供的直流功率之比称为效率。在输出同样的信号功率时，效率愈高的率之比称为效率。在输出同样的信号功率时，效率愈高的功率放大器，直流电源消耗的功率就愈低。功率放大器，直流电源消耗的功率就愈低。3 3）非线性失真要小）非线性失真要小 由于功放管处于大信号工作状态，要求功率放大管工由于功放管处于大信号工作状态，要求功率放大管工作在放大区，若进入饱和区和截止区都会造成非线性失真。作在放大区，若进入饱和区和截止区都会造成非线性失真。功率放大器的非线性失真必须在允许的范围内，特别是高功率放大器的非线性失真必须在允许的范围内，特别是高保真的音响及扩音设备对这方面有较严格的要求。保真的音响及扩音设备对这方面有较严格的要求。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系4 4）功放管的散热要好）功放管的散热要好 在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在功率放大管在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在功率放大管的集电结上，使功率放大管温度升高，性能变差，为了使功的集电结上，使功率放大管温度升高，性能变差，为了使功放电路既有较大的输出功率，又不损坏功放管，所以必须要放电路既有较大的输出功率，又不损坏功放管，所以必须要给功放管加装良好的散热装置及各种保护借施。给功放管加装良好的散热装置及各种保护借施。2 2功率放大电路的分类功率放大电路的分类功率放大电路的分类功率放大电路的分类 功率放大电路类型根据静态工作点处于负载线的中点、功率放大电路类型根据静态工作点处于负载线的中点、截止区和近截止区的位置，分为甲类、甲乙类、乙类三种。截止区和近截止区的位置，分为甲类、甲乙类、乙类三种。1 1）甲类功放）甲类功放 图图221(a)221(a)中，三极管的静态工作点中，三极管的静态工作点QQ设置在交流负载线设置在交流负载线的中点附近，在输入信号的整个周期内始终处于导通状态，的中点附近，在输入信号的整个周期内始终处于导通状态，电源始终不断地输出功率。在无信号输入时，这些功率就消电源始终不断地输出功率。在无信号输入时，这些功率就消耗在功放管等元件上。在有信号输入时，一部分功率转化为耗在功放管等元件上。在有信号输入时，一部分功率转化为有用的输出功率，因此甲类功放功率损耗较大，效率较低，有用的输出功率，因此甲类功放功率损耗较大，效率较低，转换效率最高只能达到转换效率最高只能达到50 50。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系(a)甲类 (b)甲乙类 (c)乙类图2-21 功率放大电路的三种状态江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系2 2）甲乙类功放）甲乙类功放 图图221(b)221(b)中，三极管的静态工作点中，三极管的静态工作点QQ介于介于甲类和乙类中间，甲乙类功放效率较高，是实用甲类和乙类中间，甲乙类功放效率较高，是实用的功率放大器经常采用的方式。的功率放大器经常采用的方式。3 3）乙类功放）乙类功放 图图221(c)221(c)中，三极管的静态工作点中，三极管的静态工作点QQ设置设置在交流负载线的截止点，在输入信号的整个周期在交流负载线的截止点，在输入信号的整个周期内，三极管有半个周期工作在放大区，另半个周内，三极管有半个周期工作在放大区，另半个周期工作在截止区。乙类功放电路只有采用两个功期工作在截止区。乙类功放电路只有采用两个功放三极管轮流工作才能输出完整的波形，乙类功放三极管轮流工作才能输出完整的波形，乙类功放的效率最高可达放的效率最高可达78.5 78.5。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系知识知识知识知识2 2 互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路互补对称功率放大电路 选两只特性相同、类型不同的三极管，使它们工作在选两只特性相同、类型不同的三极管，使它们工作在乙类放大状态，一只负担正半周信号的放大，另一只负担乙类放大状态，一只负担正半周信号的放大，另一只负担负半周信号的放大，在负载上将这两个输出波形合在一起，负半周信号的放大，在负载上将这两个输出波形合在一起，得到一个完整的放大了的波形，这就是互补功率放大电路。得到一个完整的放大了的波形，这就是互补功率放大电路。1 1双电源互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路双电源互补对称功率放大电路 双电源互补对称功率放大电路又称为无输出电容功率双电源互补对称功率放大电路又称为无输出电容功率放大器，简称放大器，简称OCLOCL功率放大器。功率放大器。1 1）电路基本结构）电路基本结构 如图如图222222所示，图中所示，图中V VCCCC与与V VCCCC为正负双电源为正负双电源（电压大小相等，极性相反），（电压大小相等，极性相反），三极管三极管V1V1、V2V2是互补对是互补对管，要求两管的特性参数基本相同，其中管，要求两管的特性参数基本相同，其中V1V1为为NPNNPN型三型三极管，极管，V2V2为为PNPPNP三极管，三极管，R RL L为负载。为负载。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系2 2）工作原理）工作原理 因为因为V1V1、V2V2是互补对管，静态时中点（是互补对管，静态时中点（A A 点）的点）的电位电位U UA A=0V =0V。当基极输入信号。当基极输入信号u ui i在正半周时，两只功率在正半周时，两只功率放大器的基极电位升高，使放大器的基极电位升高，使V1V1正偏导通，正偏导通，V2V2反偏截止，反偏截止，V1V1的集电极电流的集电极电流i ic1c1由正向电源由正向电源V VCCCC经过经过V1V1流向负载流向负载R RL L，这样，这样R RL L上得到被放大的正半周信号电流。上得到被放大的正半周信号电流。当基极输入信号当基极输入信号u ui i负半周时，两只功率放大管的基负半周时，两只功率放大管的基极电位下降，使极电位下降，使V2V2正偏导通，正偏导通，V1V1截止，电流截止，电流i ic2c2由由R RL L流向流向V2V2的发射极，最后回到的发射极，最后回到V VCCCC，这样，这样R RL L上得到被放大的负上得到被放大的负半周信号电流。半周信号电流。可见，在输入信号可见，在输入信号uiui的整个周期内，的整个周期内，V1V1、V2V2两管两管轮流交替地工作，分别放大信号的正、负半周，相互补充，轮流交替地工作，分别放大信号的正、负半周，相互补充，从而在负载上得到完整的信号波形，如图从而在负载上得到完整的信号波形，如图222222所示。由所示。由于该电路又采用两个正负电源供电，所以又称为双电源互于该电路又采用两个正负电源供电，所以又称为双电源互补对称电路。此时，该电路相当于两射极输出器的结构。补对称电路。此时，该电路相当于两射极输出器的结构。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系图2-22 双电源互补对称功率放大电路江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系3 3）性能指标计算）性能指标计算 互补对称功率放大电路的性能指标主要有输出功率、互补对称功率放大电路的性能指标主要有输出功率、电源供给功率、管耗及效率等。电源供给功率、管耗及效率等。（1 1）输出功率）输出功率P Po o 输出功率是负载输出功率是负载R RL L上的电流与电压上的电流与电压U Uo o有效值的乘积在有效值的乘积在R RL L上的电压和电流的峰值分别为上的电压和电流的峰值分别为U Ucemcem 和和I Icmcm，则，则 当输入信号足够大时，则当输入信号足够大时，则U Uomom可达到最大可达到最大V VCCCCU UCESCES，这时输出功率也达到最大值，其值为这时输出功率也达到最大值，其值为江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系若忽略若忽略U Ucesces，则，则（2 2）直流电源供给功率）直流电源供给功率P PV V 直流电源供给功率是供给管子的直流平均电流直流电源供给功率是供给管子的直流平均电流I ICAVCAV与电源与电源电压电压V VCCCC的乘积。相对于正、负电源同一电压值而言，的乘积。相对于正、负电源同一电压值而言，I ICAVCAV相当于单相全波整流电流波形直流成分，即相当于单相全波整流电流波形直流成分，即 ，故故江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系（3 3）效率功率放大电路的效率是指输出功率与电源供给功率）效率功率放大电路的效率是指输出功率与电源供给功率之比。之比。在理想情况下，在理想情况下，U Uomom=V VCCCCU UCESCES V VCC CC 则则 （4 4）晶体管的最大管耗）晶体管的最大管耗P PT(max)T(max)电源提供功率一部分转换成信号功率送给负载，另一部电源提供功率一部分转换成信号功率送给负载，另一部分被晶体管的集电极所消耗，转化为热能而消散，晶体管所消分被晶体管的集电极所消耗，转化为热能而消散，晶体管所消耗功率称为管耗。可以证明当耗功率称为管耗。可以证明当U Uomom=V VCCCC0.6 0.6 V VCCCC时，管时，管耗最大，每只管子的最大管耗为耗最大，每只管子的最大管耗为江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系4 4）功率管的选择条件）功率管的选择条件 功率管的极限参数有功率管的极限参数有P PCMCM、I ICMCM、U U(BR)CEO(BR)CEO，应满足下列条，应满足下列条件：件：（1 1）功率管集电极的最大允许功耗）功率管集电极的最大允许功耗 P PCMCM P PT(max)T(max)=0.2 =0.2 P Pomom（2 2）功率管的最大耐压）功率管的最大耐压 U U(BR)CEO(BR)CEO 2 2 V VCCCC（3 3）功率管的最大集电极电流）功率管的最大集电极电流江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系5 5）电路存在的问题与解决方法）电路存在的问题与解决方法（1 1）存在的问题分析）存在的问题分析 在对图在对图222222所示所示OCLOCL电路工作原理的讨论时，没有考电路工作原理的讨论时，没有考虑三极管死区电压的影响，认为三极管此时为理想工作状态。虑三极管死区电压的影响，认为三极管此时为理想工作状态。实质是由于电路中没有直流偏置，三极管应工作于乙类状态。实质是由于电路中没有直流偏置，三极管应工作于乙类状态。如图如图223223所示，设输入信号所示，设输入信号u ui i为正弦波，在正负半周为正弦波，在正负半周R RL L上得上得到的电流分别是到的电流分别是i ic1c1（近似等于（近似等于i ie1e1）和）和i ic2c2（近似等于（近似等于i ie2e2），由），由于输入信号要克服死区电压才能使三极管导通放大，因此在于输入信号要克服死区电压才能使三极管导通放大，因此在R RL L上虽然也能得到一个完整正弦波，但在波形上却存在着一上虽然也能得到一个完整正弦波，但在波形上却存在着一定的失真。我们把这种出现在输出波形正负半周交界处的失定的失真。我们把这种出现在输出波形正负半周交界处的失真，称为交越失真。真，称为交越失真。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系图2-23 交越失真波形 图2-24 改进后的OCL电路江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 交越失真产生的原因是由于三极管发射结死区电压的存交越失真产生的原因是由于三极管发射结死区电压的存在（硅管约为在（硅管约为0.6V 0.6V，锗管约为，锗管约为0.2V)0.2V)，输入信号电压小于，输入信号电压小于功率放大管死区电压时，功率放大管处于截止状态，输出电功率放大管死区电压时，功率放大管处于截止状态，输出电流为零。只有在输入信号克服死区电压后才能导通，因此输流为零。只有在输入信号克服死区电压后才能导通，因此输出波形会产生交越失真。出波形会产生交越失真。如果音响功率放大器出现交越失真，会使声音质量下降。如果音响功率放大器出现交越失真，会使声音质量下降。（2 2）消除交越失真办法）消除交越失真办法 因为因为OCLOCL电路工作在乙类工作状态，不可避免地存在电路工作在乙类工作状态，不可避免地存在着交越失真，如果在电路的结构上采取措施则可以有效克服着交越失真，如果在电路的结构上采取措施则可以有效克服交越失真。交越失真。图图224224所示为改进后的所示为改进后的OCLOCL电路。电路中给电路。电路中给V2V2、V3V3发射结加适当的正向偏压，提供一定的静态偏置电流，使发射结加适当的正向偏压，提供一定的静态偏置电流，使V2V2、V3V3导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态。图中导通时间稍微超过半个周期，即工作在甲乙类状态。图中江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 D1 D1、D2D2起到提供偏置电压的作用，静态时，三极管起到提供偏置电压的作用，静态时，三极管V2V2、V3V3处于微导通状态，这样就克服了三极管死区电压对输入信号处于微导通状态，这样就克服了三极管死区电压对输入信号的影响，从而消除了交越失真。的影响，从而消除了交越失真。2 2单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路单电源互补对称功率放大电路 单电源互补对称功率放大电路又称为无输出变压器功率放单电源互补对称功率放大电路又称为无输出变压器功率放大器，简称大器，简称OTLOTL功率放大器。功率放大器。1 1）电路结构）电路结构 图图225225所示为所示为OTLOTL功率放大电路的基本组成电路，功率放大电路的基本组成电路，PNPPNP管管是一对导电类型不同，特性对称的配对管，采用单电源供电，是一对导电类型不同，特性对称的配对管，采用单电源供电，输出电容输出电容C C1 1一般为大容量的电解电容器。从电路连接方式上看一般为大容量的电解电容器。从电路连接方式上看两管均接成射极输出电路，工作于乙类状态。两管均接成射极输出电路，工作于乙类状态。江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系2 2）工作原理）工作原理 由于由于V1V1、V2V2两管参数一致，静态（无信号输入）时，两管参数一致，静态（无信号输入）时，A A点点电位和电位和B B点电均为电源电压的一半，此时管子点电均为电源电压的一半，此时管子V1V1和和V2V2的发射结的发射结电压电压U UABAB=U UB BU UA A=0V=0V，双管都截止。，双管都截止。图2-25 OTL功率放大电路 江西省电子信息技师学院电子系江西省电子信息技师学院电子系 当基极输入交流信号当基极输入交流信号u ui i为正半周时，由于两功为正半周时，由于两功放管基极电压升高，使放管基极电压升高，使NPN NPN 型型V1V1导通，导通，PNP PNP 型型V2V2反偏截止。电源反偏截止。电源V VCCCC 通过通过V1V1向耦合电容向耦合电容C C1 1充电，并充电，并在负载在负载R RL L上输出正半周波形。上输出正半周波形。当基极输入交流信号当基极输入交流信号u ui i为负半周时，由于两功放为负半周时，由于两功放管基极电压下降，管基极电压下降，V1V1截止，截止，V2V2导通，耦合电容导通，耦合电