低頻功率放大器

出處：zengbojz 發(fā)布于：2007-10-04 00:00:00 | 2190 次閱讀

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、乙類狀態(tài)的。

一、甲類功率放大器

圖一是甲類功率放大器，負(fù)載RL通過阻抗變換器B變成集電極負(fù)載RL=nRLo對(duì)直流來說，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
甲類功率放大器的效率為：
η=PL/PD=50%---------------------------------------------------------式5

可見：（1）晶體管的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）甲類放大器的效率只有50%。

二、乙類推挽電路

圖2（a）為乙類推挽電路，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，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=n

RL=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，但不要過大，否則使電路效率降低。
(2)晶體管的集電極電壓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

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