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1、黑龙江农业工程职业学院 一、 功率放大器的特点1.输出功率足够大为获得足够大的输出功率， 功放管的电压和电流变化范 围应很大。2.效率要高功率放大器的效率是指负载上得到的信号功率与电源供 给的直流功率之比。3.非线性失真要小功率放大器是在大信号状态下工作，电压、 电流摆动幅 度很大，极易超出管子特性曲线的线性范围而进入非线性 区， 造成输出波形的非线失真，因此，功率放大器比小信 号的电压放大器的非线性失真问题严重。黑龙江农业工程职业学院率放大器通常是根据功放管工作点选择的不同来进行分 类的，分为甲类放大、 乙类放大和甲乙类放大等形式。当静态 工作点整个信号周期内都有电 流为甲类放大状态，其波形
2、如图1(a)所示。 若将 静态工作点Q设在截止点，则iC仅在半个信号周期内通过， 其 输出波形被削掉一半，如图1(b)所示，称为乙类放大状态。 若 将静态工作点设在线性区的下部靠近截止点处，则其iC的流通 时间为多半个信号周期，输出波形被削掉少一半，如图1(c)所 示，称为甲乙类放大状态。黑龙江农业工程职业学院 二、 变压器耦合功率放大器2(a)所示为变压器耦合单管功率放大器的典型电路。 它 的输入端和前级之间用一个输入变压器耦合，而输出端和负载 之间用一个输出变压器耦合。变压器既起隔直流、通交流的作 用，又起阻抗变换的作用。利用输出变压器耦合进行阻抗变 换，将接在变压器副边的负载电阻算）到变
3、压器 原边，可得出其等效交流电阻RL为 LLL RKRNNR 2221)( = = 黑龙江农业工程职业学院 式中，k=N1/N2为变压器的变比。由此式可知，只要适当 选择输出变压器的变比，就可以得到合适的R而在 负载上获得较大的输出功率。常用的一些负载如扬声器、 电动 机、电磁继电器等线圈的电阻仅为几欧至十几欧， 若将其不经 变换而直接接入集电极电路，是不能得到足够功率的， 因而一 般须进行阻抗变换。 例1设图2（a）中负载RL为8的扬声器，集电极电流交 流分量的有效值Ic=10出功率Po=20求输出变 压器的变比。 若扬声器直接接入集电极电路中，可得到多大功 率？黑龙江农业工程职业学院 若扬
4、声器直接接入集电极电路中， 得到的功率为Po= 可见，扬声器直接入集电极， 由于其本身阻抗太小， 其获得的功率很小。图2（a）中， 输入变压器的作用也是耦合和阻抗变换， 而电容Cb、Ce为交流旁路电容。下面对电路的输出功率及效率进行分析估算。ILC 8.08)1010( 232 = = - 黑龙江农业工程职业学院1.最大不失真输出功率P功放电路的最大不失真输出功率，是指在正弦信号输入 下，失真不超过额定要求时，电路输出的最大信号功率，用 放大电路的最大输出电压有效值和最大输出电流有效值的乘 积来表示， 或用最大输出电压幅值和最大输出电流幅值乘积 的一半来表示静态时，考虑到输出变压器原边的电阻很
5、小， 发射极电阻可忽略， 则晶体管的直流负载线应 是一条与横轴交于乎与横轴垂直的直线，如 图2(b)所示。静态工作点Q的位置以输出功率的要求而定， 可以通过调整R分压比来改变偏流而定出IU黑龙江农业工程职业学院 为了获得尽可能大的输出功率，可将Q点提高到靠近P集电极最大允许耗散功率）线附近。动态时，交流等效电阻为RL(RL），故交流负载线是一 条通过静工作点Q、斜率1/直线，其斜率取值多 少应以输出功率既最大又不失真为最佳， 此时的R负载电阻。为此，其静态工作点的位置必须处于交流负载线 的中点，即工作于甲类放大状态。 只有这样， 输出电压、电流才能在线性放大区有最大振 幅，才能输出最大不失真功
6、率。 理想情况下，略管子的饱和压 降透电流I使管子尽限运用时，其最大集电极 发射极交流电压幅值，其最大集电极交流电 流幅值I等于I交流负载线是与横轴交于2UC、与纵轴 交于2I斜线，如图2(b)黑龙江农业工程职业学院 此时的输出功率最大。在这样条件下，根据交流负载线的 斜率可得出交流等效电阻RL=在图2（b）中，最大输出电压有效值为U=，最大输出电流有效值为I ，故其最大不 失真输出功率为IU 2/2/ 2/2 = 这就是变压器耦合甲类功率放大器的最大不失真输出功率P表达式，显然，P图中三角形A面积。黑龙江农业工程职业学院2.效率前已指出，功率放大器的效率是指负载得到的信号功率Po和电源供给的
7、功率PU之比，即UOPP = h 式中， = p p2021 wtccU d + = p p20 )()21 wtdIU QCIU =黑龙江农业工程职业学院 由式可知，功率放大器工作在甲类状态时，其电源供给 的功率PU与输出信号电流iC无关，仅与电源电压UC及静态电 流I关。也就是说，无论有无信号输入输出，电源供给的 功率是固定不变的。由此也可得出，这类功放路的输出功 越大，电路效率就越高。当电路输出最大不失真功率 时，效率最高，其值为m=此式说明， 甲类功率放大器的最高效率为50%。应该说明， 这个数值只是个理想效率。 在实际电路中， 由于存在变压器损耗、管子饱和压降及 际效率还要低些。比如
8、，设变器的效率为T（小型变压器 则放大最大输出功率时的总效率 应为%5021 = = CQc CQcUIUIUP黑龙江农业工程职业学院 m=3.管耗放电路的管耗PT主要是功放管消耗的功率，发生在集电 结上，是集电极耗散功率。PT可由下式求出：PT=式中,uiC为总瞬时值，即 p p20 )(21 wtiucCEuUUtiC=IIcm黑龙江农业工程职业学院 在图2所示放大器中，UUC，故PT=UCPo此式说明，当未加输入信号时， 输出功率Po=0，管耗最 大，为UC电源给出的功率全部损耗在管子上。而当加入 信号时，输出功率Po0，管耗减小，所减小的部分正是输出 的信号功率Po。 当输出最大功率时
9、，管耗则最小。黑龙江农业工程职业学院于前述单管功率放大器，当其工作于甲类状态时，即使 是最理想情况，其效率也只有50%。这个数值在以功率输出为 主的功放电路中是不理想的。在甲类放大电路中，静态电流I率低的主要原因。降低静态电流， 使管 子工作于乙类状态，可以减少管耗、提高效率，但这样会使输 出波形被削掉一半，出现严重失真。若采用工作于乙类或甲乙 类的推挽功率放大器，既可提高放大电路的效率， 同时又能减 少信号的波形失真。下面就来讨论这种电路。黑龙江农业工程职业学院 图2是一个典型的推挽功率放大电路。两只晶体管V1和V2型号相同， 参数一致。输入变压器T1副边设有中心抽头， 以 保证输入信号对称
10、地输入，使V1和V2两管的基极信号大小相 等、相位相反。输出变压器T2的原边亦设有中心抽头，以分别 将V1和V2的集电极电流耦合到T2的副边，向负载输出功率。图中，两个功放管V1、V2工作在甲乙类放大状态，静态工作点 靠近截止区， 因而静态电流II小，可近似为零。当有 正弦信号ui输入时，通过输入变压器T1的耦合，在T1的副边感 应出大小相等、极性相反（对中心抽头而言）的信号，分别加 在黑龙江农业工程职业学院 比如，在u0、u，于是V2工作、V1截止。 这 样，在一个信号周期内， 两个管子轮流导通、 交替工作， 两 管集电极电流ii相反方向交替流过输出变压器原边的 上、下半个绕组， 并经副边轮
11、流向负载输出。 由于电路对 称，ii小相等、 流向相反， 它们在副边回路中轮流产 生正、负半个周期的正弦信号，这样，在负载上就可得到一个 完整的正弦波信号。其各主要电压和电流波形见图3。黑龙江农业工程职业学院 这里需要说明，上述推挽功率放大器的工作状态之所以设 为甲乙类而不是乙类，其目的是为了减少“交越失真”。若设 置为乙类状态，由于两管的静态工作点取在晶体管输入特性曲 线的截止点上，因而没有基极偏流。这时由于管子 曲 有一段死区，而且死区附近非线性又比较严重，因而在有信 号输入、引起两管交替工作时，在交替点的前后便会出现一段 两管电流均为零或非线性严重的波形；对应地，在负载上便产 生了如图4
12、(a)所示的交越失真。将工作状态设置为甲乙类（如图2所示）便可大减少交 越失真。这时，由于两管的工作点稍高于截止点，因而均有一 很小的静态工作电流这样，便可克服管子的死区电压， 使两管交替工作处的负载中电流能按正弦规律变化，从而克服 了交越失真， 波形如图4（b）所示。黑龙江农业工程职业学院 由于II小相等，它们在输出变压器原边中的流 向相反，因而不会在铁芯中产生直流磁势， 工作时不致产生 饱和现象。另外，电阻RRRe的数值均比电压放大器 取的小得多。R般为几千欧，R为几十欧至几百欧，Re是稳定工作点用的， 约为几欧至十几欧。2.输出功率、 效率及管耗估算1） 最大不失真输出功率P为了简化讨论， 可以忽略功放管的静态电流，即将功放 管的工作状态按乙类电路考虑。黑龙江农业工程职业学院 同时，由于推挽电路两管完全对称，在作定量分析时， 只要分析一个管子的情况就行了。
