功率放大是一種能量轉(zhuǎn)換的電路,,在輸入信號(hào)的作用下,,晶體管把直流電源的能量,轉(zhuǎn)換成隨輸入信號(hào)變化的輸出功率送給負(fù)載,,對(duì)功率放大要求如下:(1)輸出功率要大:要增加放大器的輸出功率,,必須使晶體管運(yùn)行在極限的工作區(qū)域附近,由ICM,、UCM和PCM決定見(jiàn)圖一,。
圖一
(2)效率η要高:放大器的效率η定義為:η=交流輸出功率/直流輸入功率(3)非線性失真在允許范圍內(nèi):由于功率放大器在大信號(hào)下工作,所以非線性失真是難免的,,問(wèn)題是要把失真控制在允許范圍內(nèi),,功率放大器按工作狀態(tài)和電路形式可分成以下幾種:(1)甲類(lèi)功率放大器:在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi),存在集電極電流,;(2)乙類(lèi)功率放大器:只有半個(gè)信號(hào)周期內(nèi),,存在集電極電流,,按電路形式它又可分為:1)雙端推挽電路(DEPP)2)單端推挽電路(SEPP)3)平衡無(wú)變壓器電路(BTL)在實(shí)際中,為了克服交越失真,,推挽式昌體管電路是工作于甲,、乙類(lèi)狀態(tài)的。
一,、甲類(lèi)功率放大器
圖一是甲類(lèi)功率放大器,,負(fù)載RL通過(guò)阻抗變換器B變成集電極負(fù)載RL=nRLo對(duì)直流來(lái)說(shuō),變壓器B初級(jí)直流電阻和Re均很小,,所以直流負(fù)載線接近一條垂直線見(jiàn)圖一(b)為使放大器輸出較大功率,,可使交流負(fù)載線處于a點(diǎn)和b點(diǎn)位置:a點(diǎn)的Uce=UCM,而工作點(diǎn)Q處于ab直線中點(diǎn),通常晶體管的飽和壓降和穿透電流都很小,,實(shí)際上可以認(rèn)為Icmin=0和Ucemin=0o 因此,,供給負(fù)載的電流和電壓振幅分別為:Icm=IcM/2, Ucem=UCM/2 ------------------------------------------------式1負(fù)載的交流功率(或放大器輸出功率)為:PL=(UceM/)×(IcM/)=(IcM/)×(UcM/)=(1/8)IcM×UcM-------式2工作點(diǎn)Q的集電極電流ICQ和電壓UceQ分別為:ICQ=ICM/2, UceQ=Ec=UCM/2---------------------------------------------式3所以,,直流電源的輸入功率:PD=IcQ×UceQ=(ICM/2)×(UCM/2)=1/4IcMUcm-------------------------------式4甲類(lèi)功率放大器的效率為:η=PL/PD=50%---------------------------------------------------------式5
可見(jiàn):(1)晶體管的最大集射電壓為電源電壓EC的兩倍,。(2)晶體管靜態(tài)時(shí)耗功率為輸出功率的兩倍。(3)甲類(lèi)放大器的效率最高只有50%,。
二,、乙類(lèi)推挽電路
圖2(a)為乙類(lèi)推挽電路,由于輸出端使用變壓器,,因而晶體管對(duì)地有兩個(gè)輸出端,,設(shè)電路完全對(duì)稱(chēng),當(dāng)輸入信號(hào)Us為正半波時(shí),,BG1截止,、BG2導(dǎo)通,輸出電壓UL為負(fù)半波,,因此,,兩管輪流導(dǎo)通,一推一挽地工作,,故稱(chēng)為推挽電路,。由于兩管輪流地工作,所以把兩管的輸出特性按相反方向疊在一起,,兩管的交流負(fù)載線正好連成直線ab,工作點(diǎn)Q處于直線ab的中點(diǎn),,如圖2(b)所示,從圖中可看出各電量的關(guān)系:(1)如輸出變壓器的初級(jí)和次級(jí)繞組的匝數(shù)比為n,,則每只晶體管的負(fù)載電阻RL為:RL=(n/2)RL=(n/4)RL--------------------------------------------式6而集電極與集電極之間的電阻RCC為Rcc=nRL=4RL-----------------------------------------------------式7(2)變壓器B2的初級(jí)繞組端電壓振幅為:Ucem=UceQ≈Ec----------------------------------------------------式8初級(jí)繞組電流振幅為:Icm=IcM----------------------------------------------------------式9所以輸送到初級(jí)繞組的功率為:Ps=(Ucem/)×(Icm/)=(1/2)EcIcm------------------------------式10(3)通過(guò)每只晶體管的電流平均值為:Ico=IcM/π-------------------------------------------------------式11由直流電源供給的功率為PD=(2Ico)Ec=2×(Icm/π)×Ec--------------------------------------式12(4)推挽電路的效率為:η=(Ps/PD)100%={(1/2×Ec×Icm)/[2×(Icm/π)×Ec]}100%≈78.5%-----式13設(shè)計(jì)推挽電路時(shí)要注意:(1)為避免交越失真,,晶體管應(yīng)具有一定的偏置電流,但不要過(guò)大,否則使電路效率降低,。(2)晶體管的最大集電極電壓Ucm>2Ec,。(3)晶體管的耗散功率Pcm≥1.2Pc1,其中Pc1為每只晶體管送給變壓器B2初級(jí)的功率,即Pc1=[(1/2)Pso],。(4)根據(jù)Pc1及Ec1的要求,,算出晶體管負(fù)載電阻PL及輸出變壓器的匝數(shù)比n。
圖2