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单击此处编辑母版标题样式,abcd,单击此处编辑母版文本样式,abvd,第二级,第三级,第四级,第五级,*,5.1,功率放大电路概述,5.2,乙类互补对称功率放大电路,5.3,集成功率放大器,5.4,功率管,和功率器件,的安全使用,1.,了解低频功率放大电路特点，理解交越失真产生的原因、消除方法。,2.,熟悉互补对称功率放大电路的组成、工作原理、特点及应用，了解,OCL,、,OTL,区别及应用，会估算输出功率，会估算功放管主要参数。,3.,理解复合管组成原则，会判别复合管的管型。,4.,了解常用集成功率放大器（,LM386,、,TDA2030,等）性能特点及使用方法，会估算集成功放电路闭环增益。,5.,选学,BTL,电路原理。,6.,了解功率放大管二次击穿和热致击穿现象、功率管及功率器件保护措施。,在我们平时使用的许多电子产品中如电视机、组合音响、收音机以及手机等，里面都有功率放大电路。功率放大电路对信号进行功率放大，提高信号的驱动能力。功率放大电路一般可分为分立元件功放和集成功放两种。,有源音箱是指带有功率放大器的音箱，如多媒体电脑音箱、有源超重低音箱，以及一些新型的家庭影院有源音箱等，是我们在日常生活中接触较多的一种电子产品。,图,5.0.1,所示是漫步者,R201T,型,2.1,声道多媒体有源音箱，在配合计算机使用时，通过电缆线与计算机声卡的音频输出端相连，它对计算机声卡送来的音频信号进行功率放大，推动扬声器发出声音。取出箱内的功放电路板，如图,5.0.2,所示，可以发现其中的集成功率放大器芯片。,图,5.0.1,有源音箱外观 图,5.0.2,内部功放电路板,5.1,功率放大电路概述,能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路（,Power amplifier,），,简称功放。,5.1.1,功率放大电路特点和要求,一、功率放大电路的特点,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：,二、对功率放大电路的要求,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,、过压、过流保护,等保护措施。,5.1.2,功率放大电路的分类,1,、按静态工作点分类：,图,.1.1,各类功率放大电路的静态工作点及其波形,（,a,）工作点位置,（,b,）,甲类波形,（,c,）,甲乙类波形,（,d,）,乙类波形,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,5.1.3,低频功率放大电路的主要技术指标,I,om,表示输出电流振幅，,U,om,表示输出电压振幅。,1,最大输出功率,P,om,输出功率,P,o,等于输出电压与输出电流的有效值乘积，即,最大输出功率,P,om,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。,2,效率,就是负载上得到的有用信号功率,P,o,与电源供给的直流功率,P,V,之比，即,3,非线性失真系数,THD,式中，,I,m1,、,I,m2,、,I,m3,和,U,m1,、,U,m2,、,U,m3,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。,THD,用来衡量非线性失真的程度，即：,1.,乙类功放的效率比甲类功放高，为什么？,2.,由图,5.1.1,（,d,）可知，乙类功放管在一个周期中有半个周期截止，会造成很大的失真，实际应用中可以采取什么措施来减小失真？,3.,对功放电路有哪些要求？,5.2,乙类互补对称功率放大电路,功率放大器早期采用变压器耦合输出，可实现阻抗匹配，但体积大、传输损耗大，在实际中已使用不多。,目前大量应用的是无变压器的乙类互补对称功率放大电路。按电源供给的不同，分为双电源互补对称功放电路和单电源互补对称功放电路。,5.2.1 OCL,电路,一、基本电路及其工作原理,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,5.2.1,（,a,）,所示。图中,V,1,、,V,2,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。,为什么射极输出电路具有带负载能力强的特点？,5.2.1 OCL,电路,图,5.2.1,OCL,基本原理电路,（,a,）基本原理电路（,b,）输入信号波形（,c,）输出信号波形,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,电路输入如图,5.2.1,（,b,）所示的正弦信号。,(1),在,u,i,正半周期间，,V,1,发射结正偏而导通，,V,2,发射结反偏而截止。,(2),在,u,i,负半周期间，,V,1,发射结反偏截止，,V,2,发射结正偏导通。,V,1,、,V,2,两管分别在正、负半周轮流工作，使负载,R,L,获得一个完整的正弦波信号电压，如图,5.2.1,（,c,）所示。,OCL,电路的输出电压,u,o,虽未被放大，但由于,i,o,i,e,（,1,）,i,b,，因此具有功率放大作用。,这种电路的优点是省去了输出耦合电容，使系统的低频响应更好；缺点是必须用双电源供电，增加了电源的复杂性。此外，电路连成射极输出器的形式，使放大器的输入电阻高，输出电阻很低，解决了负载电阻和放大电路输出电阻之间的配合问题。,二、电路性能参数计算,当输入信号足够大时，,U,cem,=,V,CC,U,CE(sat),V,CC,，,则,1,最大输出功率,P,om,由图可见，,I,om,I,cm,，,U,om,U,cem,，,得,2,直流电源供给功率,P,V,根据富氏级数分解，周期性半波电流的平均值,I,av,I,cm,/,，,因此正负电源供给的直流功率,3,管耗,P,C,(2),输出最大功率时的管耗,P,c1(UcemVcc),P,c1(Ucem),0.137,P,om,。,(3),最大管耗,当,U,cem,=,时出现最大管耗，且为,P,cm1,0.2,P,om,。,(1),平均管耗,由于,V,1,、,V,2,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,4,效率,当电路输出最大功率时，,U,cem,V,CC,，,四、功放管的选择,功放管的极限参数有,P,CM,、,I,CM,、,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,2,V,CC,。故,3,、功放管的最大集电极电流,为减小失真，在,2,只功放管配对选择的时候，对电流放大系数这个性能参数有什么要求？,例,5.2.1 OCL,电路的,V,CC,V,cc,20V,，,负载,R,L,8,，,功放管如何选择？,解：（,1,）最大输出功率,（,2,）,（,3,）,五、交越失真与,OCL,实用电路,图,5.2.2,交越失真波形,乙类放大电路静态,I,C,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,5.2.2,所示。,图,5.2.3,甲乙类互补对称功放电路,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,5.2.3,所示电路。其中，,V,3,组成电压放大级，,R,c,为其集电极负载电阻，,VD,1,、,VD,2,正偏导通，和,R,P,一起为,V,1,、,V,2,提供偏压，使,V,1,、,V,2,在静态时处于微导通状态，即处于甲乙类工作状态。此外，,VD,1,、,VD,2,还有温度补偿作用，使,V,1,、,V,2,管的静态电流基本不随温度的变化而变化。,电路装配注意事项,在图,5.2.3,的电路中，若,R,P,、,VD,1,、,VD,2,中任一元件虚焊，则从,+V,CC,经,R,c,，,V,1,管发射结、,V,2,管发射结、,V,3,集电极,-,发射极、,R,e,到,V,cc,形成一个通路，有较大的基极电流,I,B1,和,I,B2,流过，从而导致,V,1,、,V,2,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放管和负载。,图,5.2.3,中，,VD1,、,VD2,的温度补偿作用是如何实现的？,例,.5.2.2,甲乙类互补对称功放电路如图,5.2.3,所示，,V,CC,12V,，,R,L,35,，,两个管子的,U,CE(sat),2V,，,试求,（,1,）最大不失真输出功率；,（,2,）电源供给的功率；,（,3,）最大输出功率时的效率。,解：,5.2.2 OTL,电路,图,5.2.4 OTL,电路,1,、,OCL,电路线路简单、效率高，但要采用双电源供电，给使用和维修带来不便。,2,、,采用单电源供电的互补对称电路，称为无输出变压器（,Output,transformerless,）,的功放电路，简称,OTL,电路,，如图,5.2.4,所示。其特点是在输出端负载支路中串接了一个大容量电容,C,2,。,一、,电路组成及工作原理,1,电路组成,V3,组成电压放大级，,R,c,1,为其集电极负载，,V,3,的偏置由输出,A,点电压通过,R,P,和,R,1,提供，组成电压并联直流负反馈组态，稳定静态工作点。,VD,1,、,VD,2,为二极管偏置电路，为,V,1,、,V,2,提供偏置电压。,V,1,、,V,2,组成互补对称电路。,2,C,2,的作用,C,2,容量很大，满足,R,L,C,2,T,（信号周期），有信号输入时，电容两端电压基本不变，可视为一恒定值,V,CC,/2,。该电路就是利用大电容的储能作用，来充当另一组电源,V,cc,。此外，,C,2,还有隔直作用。,3,工作原理,该电路工作原理与,OCL,电路相似。,(1),当,u,i,0,，,V,1,正偏导通，,V,2,反偏截止。经,V,1,放大后的电流经,C,2,送给负载,R,L,，,且对,C,2,充电，,R,L,上获得正半周电压。,(2),当,u,i,0,，,V,1,反偏截止，,V,2,正偏导通，,C,2,放电，经,V,2,放大的电流由该管集电极经,R,L,和,C,2,流回发射极，负载,R,L,上获得负半周电压。,(3),输出电压,u,o,的最大幅值约为,V,CC,/2,。,二、电路性能参数计算,OTL,电路与,OCL,电路相比，每个管子实际工作电源电压不是,V,CC,，,而是,V,CC,/2,，,故计算,OTL,电路的主要性能指标时，将,OCL,电路计算公式中的参数,V,CC,全部改为,V,CC,/2,即可。,二极管的基本特性是单向导电性。在图,5.2.4,中，负半周信号由,V,3,倒相放大后从,V,3,集电极送至,V,1,的基极，经,V,1,电流放大后输出，信号似乎是逆向通过,VD,1,、,VD,2,这两个二极管。如何理解这个过程？,OTL,电路采用单电源供电，输出通过大容量的耦合电容与负载连接，结构简单，使用方便。但由于大电容的存在，使其频率响应变差，并且不利于电路的集成化。,5.2.3,复合管在互补对称功率放大电路中的应用,一、复合管,输出功率较大的电路，应采用较大功率的功率管。但大功率管的电流放大系数,往往较小，且选用特性一致的互补管也比较困难。故在实际应用中，用复合管（,Darlington connection,）,来解决这两个问题。,复合管是指用两只或多只三极管按一定规律进行组合，等效成一只三极管，复合管又称达林顿管。复合管的组合方式如图,5.2.5,所示。,图,5.2.5,复合管的组合方式,（,a,）,NPN,管,（,b,）,PNP,管,（,c,）,PNP,管,（,d,）,NPN,管,复合管具有如下特点：,（,1,）复合管的导电类型取决于前一只管子：即,i,B,向管内流者等效为,NPN,管,如图,5.2.5,中的,a,、,d,所示。,i,B,向管外流者等效为,PNP,管，如图,5.2.5 b,、,c,所示。,（,2,）复合管的电流放大系数,1,2,。,（,3,）,组成复合管的各管各极电流应满足电流一致性原则，即串接点处电流方向一致，并接点处保证总电流为两管输出电流之和。,采用复合管的,OTL,实用电路,图,5.2.6,采用复合管组成的,OTL,电路,1,电路组成,图,5.2.6,为采用复合管组成的,OTL,功率放大器，这种电路又称为准互补对称（,Quasi complementary circuit,）,功率放大器。其中，,V,1,组成激励级，它的基极偏压取自于中点电位,V,CC,。,R,P1,引入交直流电压并联负反馈。,V,2,、,V,4,复合成,NPN,管，,V,3,、,V,5,复合成,PNP,管。,2,放大原理,当,V,1,集电极输出正半周信号电压时，,V,2,、,V,4,导通，,V,3,、,V,5,截止，被放大的正半周信号电流经,C,送到负载,R,L,上，形成正半周输出电压，同时，,C,上被充上,V,CC,/2,的电压。,当,V,1,集电极输出负半周信号电压时，,V,2,、,V,4,截止，,V,3,、,V,5,导通，此时，电源,V,CC,不供电，由,C,放电提供,V,3,、,V,5,工作所需直流功率，在负载上形成负半周输出电压。它与正半周输出电压合成一个完整的正弦波形。,3,自举电路原理及作用,电路中的,C,2,、,R,9,组成具有升压功能的“自举电路”（,Bootstrapping circuit,）。,不接,C,2,时，信号越强，,V,2,、,V,4,导通越充分，,K,点电位上升越多，将使,V,2,、,V,4,的正偏压,U,BE,减小，输出电流也减小，限制了输出功率的提高。,在电路中加入,C,2,后，其两端被充上一定电压值。由于,C,2,容量大，充放电时间常数大，其两端电压可视为基本不变。当正半周信号通过,V,2,，,V,4,使,K,点电位上升时，,G,点电位跟着升高，,U,G,=,U,K,+,U,C2,，,U,G,可高于,V,CC,，使,V,2,、,V,4,基极电位升高，保证了,V,2,，,V,4,的大电流输出，提高了输出功率。,R,9,为隔离电阻，防止输出信号经电容,C,2,短路到地。,这种因,C,2,的作用使,G,点电位随,K,点电位升高而上升的方式叫“自举”。具有自举功能的电路叫自举电路。,C,2,、,R,9,组成具有升压功能的“自举电路”的奥妙之处在于利用电容器上的电压不能突变的性能，抬高电位，从而改善电路性能。我们已见过多处利用电容器特性来改善电路性能的例子，今后工作中可借鉴应用。,5.2.4 BTL,电路,BTL(Balanced,transformerless,),电路又称为桥式功率放大器。基本电路如图,5.2.7,所示。,图,5.2.7 BTL,基本电路,BTL,电路由两组对称的,OTL,或,OCL,电路组成，可用单电源或双电源供电，扬声器直接连接在两个功放对的输出端。,BTL,电路的优点有不用变压器和大电容，输出功率大；缺点是所用管子数量多，很难做到管子特性理想对称，且管子总损耗大。扬声器两端都不接地，也给检修工作带来不便。,为什么,OTL,电路输出电压,u,o,的最大幅值约为,V,CC,/2,？,2.,采用复合管可以较好解决乙类功放管的配对问题，为什么？,5.3,集成功率放大器,集成功率放大器是在集成运放基础上发展起来的，其内部电路与集成运放相似。但是，由于其安全、高效、大功率和低失真的要求，使得它与集成运放又有很大的不同。电路内部多施加深度负反馈。,集成功率放大器广泛应用于收录机、电视机、开关功率电路、伺服放大电路中，输出功率由几百毫瓦到几十瓦。,除单片集成功放电路外，还有集成功率驱动器，它与外配的大功率管及少量阻容元件构成大功率放大电路，有的集成电路本身包含两个功率放大器，称为双声道功放。,现以,LM386,、,TDA2030,等单片集成音频功率放大器为例，介绍其主要参数和典型应用电路。,5.3.1 LM386,集成功率放大器及其应用,图,5.3.1 LM386,外形与管脚排列,（,a),外形图,（,b),管脚排列图,一、外形、管脚排列,LM 386,是一种低电压通用型音频集成功率放大器，广泛应用于收音机、对讲机和信号发生器中；,LM 386,的外形与管脚图如图,5.3.1,所示，它采用,8,脚双列直插式塑料封装。,LM386,有两个信号输入端，,2,脚为反相输入端，,3,脚为同相输入端；每个输入端的输入阻抗均为,50 k,，,而且输入端对地的直流电位接近于零，即使输入端对地短路，输出端直流电平也不会产生大的偏离。,*,LM386,的内部原理电路如下图所示。,二、主要性能参数,LM386,系列集成功放共有,5,种型号的芯片，主要性能参数见表,5.3.1,。,三、,LM386,应用,所以，当 、脚外接不同阻值电阻时，,A,u,的调节范围为,20,200,（,26,46dB,）。,1. LM386,组成功放电路电压放大倍数估算,引脚、脚间开路，,A,u=20,；当引脚、之间对交流信号相当于短路时，,A,u=200,。,引脚、脚间外接电阻,R,，单位为,，则电压增益由下式估算,三、,LM386,应用,图,5.3.2 LM386,应用电路,用,LM386,组成的,OTL,功放电路如图,5.3.2,所示，信号从,3,脚同相输入端输入，从,5,脚经耦合电容,(220,F),输出。,三、,LM386,应用,图,5.3.2,中，脚所接容量为,20F,的电容,C,2,为去耦滤波电容。脚与脚所接电容,C,1,、电阻,R,用于调节电路的闭环电压增益，电容取值为,10F,，电阻,R,在,0,20k,范围内取值。改变电阻值，可使集成功放的电压放大倍数在,21,200,之间变化。,R,值越小，电压增益越大。当需要高增益时，可取,R,0,，只将一只,10F,电容接在脚与脚之间即可。,输出脚所接电阻,R,3,和电容,C,3,，用来改善音质，同时防止电路自激，有时也可省去不用。该电路如用作收音机的功放电路，输入端接收音机检波电路的输出端即可。,5.3.3 TDA2030,集成功率放大器及其应用,一、,TDA2030,集成功放主要性能参数及引脚排列,TDA2030,采用,TO-220,封装，具有引脚数少、外接元件少的优点。它的电气性能稳定、可靠，适应长时间连续工作，且芯片内部具有过载保护和热切断保护电路。该芯片适用于高保真立体扩音装置中的音频功率放大器。,TDA2030,引脚排列如图,5.3.3,所示。,图,5.3.3 TDA2030,引脚排列,TDA2030,主要技术指标见表,5.3.2,。,TDA2030A,是,TDA2030,的改进型，器件外形和应用电路与,TDA2030,相同，但其电源电压范围为,6V,22V,，在电源电压为,16V,、负载,R,L,4,时，输出功率可达,18W,。引脚排列与,TDA2030,相同。,TDA2040,也是一款采用,TO-220,封装的音频甲乙类功放，具有输出电流大、失真小的特点。其最大输出电流为,4A,，电源电压范围为,2.5V,20V,。在电源电压为,16V,、负载,R,L,4,时，输出功率可达,22W,。引脚排列与,TDA2030,相同。,二、,TDA2030,实用电路,TDA2030,接成,OCL,（双电源）典型应用电路如图,5.3.4,所示。,图,5.3.4 TDA2030,双电源典型应用电路,图中,R,3,、,R,2,、,C,2,使,TDA2030,接成交流电压串联负反馈电路。闭环增益由下式估算,C,5,、,C,6,为电源低频去耦电容，,C,3,、,C,4,为电源高频去耦电容。,R,4,与,C,7,组成阻容吸收网络，用以避免电感性负载产生过电压击穿芯片内功率管。为防止输出电压过大，可在输出端脚与正、负电源接一反偏二极管组成输出电压限幅电路。,估算图,5.3.4,所示电路电压放大倍数。,TDA2030,接成,OTL,（单电源）典型应用电路如图,5.3.5,所示。,图,5.3.5 TDA2030,单电源典型应用电路,图中，,R,1,与,R,2,组成集成电路单电源供电的直流偏置电路，使,R,3,是为提高功放电路的交流输入电阻而设置，本电路的,R,i,=,R,3=22k,。其余元件的作用与图,5.3.6,相对应元件作用相同。,图,5.3.5,所示电路电压放大倍数估算公式与图,5.3.4,所示电路电压放大倍数估算公式一样吗？图,5.3.5,所示电路输入电阻为多大？,5.3.5,集成功放使用注意事项,为全面发挥集成功放的功能，确保集成功放安全可靠地工作，在实际应用中应注意以下问题。,1.,合理选择品种和型号,集成功放型号繁多，各型号性能参数和使用条件各不相同，要合理选用。选用主要依据电路性能指标对功放级的要求，所选器件主要性能指标均能满足设计要求，且在任何情况下，集成功放瞬时工作参数均不会超过极限参数，并留有裕量。否则，可能造成器件失效或电路性能变差，形成隐患，缩短使用寿命。,实际工作中解决这一问题的根本办法是查阅厂家产品说明书或手册，采用其中推荐的工作条件。厂家所推荐的工作条件既能保障器件安全工作，又能使电路具有全面的、良好的综合性能。,2.,按规定选用负载,集成功放应在规定负载条件下工作，切勿随意加重负载，严禁输出短路。,负载加重是指负载电阻增大？还是指输出电流增大？,3.,合理装配、布线,功放电路处于大信号工作状态，在进行装配,(PCB),设计时，元器件分布及排线不合理，极易产生自激振荡或放大器工作不稳定，严重时甚至无法正常工作。功放电路输入一般为小信号，输出为大信号，装配,(PCB),设计时，尽量把大信号线与小信号线分开，然后两信号线一点接地；地线、电源线、输出线间的间隔应尽大；尽量避免形成闭环电源线和闭环地线；各接地线应尽量粗短，就近接地，总接地点尽量靠近负载的接地点。,4.,合理选用散热装置,按厂家产品说明书或手册要求，合理选用散热装置。,1.,在实际选用集成功率放大器时，要注意那些问题？,2.LM386,引脚,1,和,8,之间外接,RC,串联电路起什么作用？若引脚,1,和,8,之间开路，,LM386,组成成功放电路能否正常工作？,3. TDA2030,引脚,2,和,4,之间外接,.RC,串联电路起什么作用？若引脚,2,和,4,之间开路，,TDA2030,组成成功放电路能否正常工作？为什么？,4,上网寻找并下载一份,PDF,格式的集成功放,TDA2030A,的器件文档，该器件的主要性能参数与表,5.3.2,所示,TDA2030,主要技术指标有何区别？,5,.,4,功放管和功率器件的安全使用,在功放电路中功放管是在接近极限参数的、高电压状态下工作的功率管，由于设计不当或使用条件的变化而易损坏。因此，在功率放大实用电路中，应采用保护措施以保证功放管的安全运行。,5.4.1,功放管的二次击穿及其保护,如,1.3,节所述，当三极管集电结上的反偏电压过大时，三极管将被击穿，这时集电极电流迅速增大，出现一次击穿，且,I,B,越大击穿电压越低，称为“一次击穿”。如图,5.4.1a,中曲线,AB,段所示，,A,点就是一次击穿点。这时只要外电路限制击穿后的电流，使管子的功耗不超过额定值，就不会造成管子的损坏，因此一次击穿是可逆的。,图,5.4.1,二次击穿及安全工作区,（,a,）,二次击穿现象,（,b,）,考虑二次击穿后的安全工作区,三极管一次击穿后集电极电流会骤然增大，若电流不加限制，则它的工作点增大到临界点,(,如图,5.4.1,中,B,点,),时，三极管的工作点以毫秒乃至微秒级高速移向,C,点，这时三极管的管压降,u,CE,突然减小，电流,i,C,急剧增大。如图中的,BD,段，称之为二次击穿,(Secondary breakdown),。二次击穿点,B,随,i,B,的不同而改变，通常把这些点连起来的曲线叫二次击穿临界线简称,S/B,曲线，如图,5.4.1b,中所画。,产生二次击穿的原因较复杂，它是一种与电流、电压、功率和结温（,Junction temperature,）都有关系的效应。一般认为，由于制造工艺的缺陷，使流过管内结面的电流不均匀，造成结局部高温,(,称为热斑,),而产生局部的热击穿，出现三极管尚未发烫就损坏的现象。,二次击穿是不可逆的，经二次击穿后，性能明显下降，甚至造成永久性损坏。,考虑到二次击穿后，功放管的安全工作范围将变小，它除了受,I,CM,、,P,CM,和,U,(BR)CEO,的限制外，还要受二次击穿临界线的限制，其安全工作区如图,5.4.1b,所示。,为了,保证功放管安全工作，应注意在设计电路时，要使功放管工作在安全区域内，而且还应留有一定的余量；要有良好的散热条件,，功放管的结温不可过高；避免突然加强信号和负载突然短路，也要避免管子突然截止和负载突然开路；要消除电路中的寄生振荡，少用电抗元件，适当引入负反馈；在电路中采用过流、过压和过热等保护措施等。,5.4.2,功放管和功率器件的散热,功放管损坏的重要原因是其实际功率超过额定功耗,Pc,M,。,三极管的耗散功率取决于内部的,PN,结（主要是集电结）温度,T,j,，当,T,j,超过手册中规定的最高允许结温,T,jM,时，集电极电流将急剧增大而使管子损坏，这种现象称为“热致击穿”（,Thermorunaway,）,或“热崩”。硅管的允许结温值为,120,180,o,C,，,锗管允许结温为,85,o,C,左右。,散热条件越好，对于相同结温下所允许的管耗就越大，使功放电路有较大功率输出而不损坏管子。为了在相同散热面积下减小散热器所占空间，可采用如图,5.4.2a,c,所示的几种常用散热器，分别为齿轮形、指状形和翼形，所加散热器面积大小的要求，可参考大功率管产品手册上规定尺寸。除上述散热器商品外，还可用铝板自制平板散热器。,图,5.4.2,散热器的几种形状,（,a,）,齿轮形,（,b,）,指状形,（,c,）,翼形,5.4.2,功放管和功率器件的散热,功率放大电路工作时，如果功放管散热器,(,或无散热器时的管壳,),上的温度较高，如烫手，易引起功率管的损坏，这时应立即分析检查。,如果原属于正常使用功放电路，功率管突然发热，应检查和排除电路中的故障。如果属于新设计功放电路，在调试时功率管有发烫现象，这时除了需要调整电路参数或排除故障外，还应检查设计是否合理、管子选型和散热条件是否存在问题。,漫步者（,Edifier,）,R201T,的第二代,R201T,有源音箱是一款普及型,2.1,音箱，由一只低音炮音箱辅以一对小卫星音箱组成，输出功率可达,20W,。音箱采用,MDF,优质中密度木质低音炮结构，低音炮单元采用,5,英寸,4,防磁型扬声器，低频强劲；中高音单元采用,3,英寸,4,防磁型扬声器，高音亮丽，中音甜美。,此款有源音箱采用双,12V,、,840mA,的电源变压器，音频信号输入接口为立体声,RCA,线路输入，线路输入阻抗为,5k,，主音量和低音音量分别由旋钮调整。主电路使用,1,块,RC4558C,集成运放、,2,块,UTC2030,集成功放和,1,块,TDA2030A,集成功放。主电路板和电源变压器都安装在低音音箱里，接驳件与控制件装在低音箱的面板（也就是功率放大器的散热器铝板）上，控制方便。根据实物测绘获得该音箱的内部电路图如图,5.0.3,所示。,漫步者,R201T,有源音箱电路分析,漫步者,R201T,有源音箱电路分析,图,5.0.3,有源音箱电路图,电路主要分为电源电路、卫星箱功放电路和超重低音电路三部分。,一、电源电路,220V,交流市电经过开关,S,和保险管,F,后进入电源变压器,T,的初级，变压器的次级输出双,12V,交流电压送入由整流二极管,VD1,VD4,组成的桥式整流电路，经过桥式整流和电容,C,14,、,C,15,的滤波后，输出的空载电压约为,16V,，即图中,V,cc,为,16V,，,V,cc,为,16V,，为一块集成运放芯片（,RC4558C,，该双运放构成低音前置放大和低通滤波器电路）和三块集成功放芯片（,UTC2030,和,TDA2030A,）提供工作电压。该电源电路比较简单，没有加入常用的能稳定输出电压的稳压电路。,漫步者,R201T,有源音箱电路分析,二、左右声道放大电路（卫星箱功放电路）,该电路左右声道放大电路工作原理相同，这里以右声道放大电路为例作一介绍。图中,RIN,为右声道放大电路信号输入端，经过耦合电容,C,18,进入主音量电位器。调节主音量电位器的滑动端可以改变输出信号的大小，起到调节音量的作用。调整后的信号进入由,R,1,、,C,3,组成的高音提升电路，此电路可以较多地衰减信号中的低频成分，提升信号中高频成分的占比，使声音更加清晰。之后信号经过耦合电容,C,1,进入右声道功放,IC1,（,UTC2030,）的,1,脚，经过功率放大后的信号由,IC1,的,4,脚输出，推动卫星箱扬声器发声。图中的,R,7,为反馈电阻，,R,7,和,R,9,的阻值决定功放电路的放大倍数。,R,11,和,C,7,为扬声器补偿网络。,漫步者,R201T,有源音箱电路分析,三、超重低音电路,通过主音量电位器调整后的左右声道信号经两个,20,k,电阻,R,5,、,R,6,和耦合电容,C,11,后一起送到运放,IC4A,（,RC4558,）的反相输入端,6,脚，图中,IC4A,与外围元件构成反相放大器，为超重低音的前置放大器。该放大器对左右声道信号分别给予,3.4,倍的放大，在将其叠加后由,7,脚输出。经过前置放大后，可以有足够大的驱动信号电压，以获得足够大的输出音量。,IC4B,、,C,9,、,C,10,、,R,17,和,R,18,组成二阶低通滤波器，该低通滤波器的作用是滤出,200Hz,以下的低频信号。低频信号经,IC4B,输出后通过耦合电容,C17,与低音音量电位器相连，调整超重低音的音量后，由电位器滑动端输出到超低音功放电路,IC3,（,TDA2030A,），此电路的原理与卫星箱功放相同。,4,脚为输出端，推动低音扬声器发声。,漫步者,R201T,有源音箱电路分析,本 章 小 结,1,功率放大电路在电源电压确定的情况下，应在非线性失真允许的范围内，高效率地获得尽可能大的输出功率。因而功放管常工作于极限应用状态。同时要考虑功放管工作的安全性，故必须满足：,Pcm,U,(BR)CEO,、,cm,I,CM,等条件。功放电路的主要性能指标是最大不失真输出功率,0m,效率,和非线性失真系数,THD,。,2,功放电路根据功放管静态工作点的不同可分为甲类，乙类，甲乙类。为提高效率、避免产生交越失真，功放电路常采用甲乙类的互补对称双管推挽电路（,OCL OTL,）。,3,为使自行组成的复合管行之有效，必须符合电流一致性原则；复合管的导电类型取决于第一管子；,12,。,4,OTL,、,OCL,和,BTL,电路均有不同型号、性能指标的集成电路，只需外接少量元件，便可组成实用电路。它们具有体积小、重量轻，工作稳定可靠、性能指标高，调整方便等优点，因而获得广泛应用。,5.,通过改变集成功放外接电阻，可方便地改变其增益。,6,为保证功率放大电路的安全工作，必须合理选择器件，增强功率管和集成功放的散热效果，防止功率管二次击穿并根据需要选择保护电路。,
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