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    低頻功率放大器

    發布時間:2019-08-02 15:42:00來源:

    功率放大是一種能量轉換的電路,在輸入信號的作用下,晶體管把直流電源的能量,轉換成隨輸入信號變化的輸出功率送給負載,對功率放大要求如下:
    (1)輸出功率要大:要增加放大器的輸出功率,必須使晶體管運行在極限的工作區域附近,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:由于功率放大器在大信號下工作,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,
    功率放大器按工作狀態和電路形式可分成以下幾種:
    (1)甲類功率放大器:在整個信號周期內,存在集電極電流;
    (2)乙類功率放大器:只有半個信號周期內,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、乙類狀態的。
    一、甲類功率放大器

    圖一是甲類功率放大器,負載RL通過阻抗變換器B變成集電極負載RL=nRLo對直流來說,變壓器B初級直流電阻和Re均很小,所以直流負載線接近一條垂直線見圖一(b)為使放大器輸出較大功率,可使交流負載線處于a點和b點位置:a點的Uce=UCM,而工作點Q處于ab直線中點,通常晶體管的飽和壓降和穿透電流都很小,實際上可以認為Icmin=0和Ucemin=0o 因此,供給負載的電流和電壓振幅分別為:
    Icm=IcM/2, Ucem=UCM/2 ------------------------------------------------式1
    負載的交流功率(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)晶體管的比較大集射電壓為電源電壓EC的兩倍。
    (2)晶體管靜態時耗功率為輸出功率的兩倍。
    (3)甲類放大器的效率比較高只有
    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,因而晶體管對地有兩個輸出端,設電路完全對稱,當輸入信號Us為正半波時,BG1截止、BG2導通,輸出電壓UL為負半波,因此,兩管輪流導通,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,兩管的交流負載線正好連成直線ab,工作點Q處于直線ab的中點,如圖2(b)所示,從圖中可看出各電量的關系:
    (1)如輸出變壓器的初級和次級繞組的匝數比為n,則每只晶體管的負載電阻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的初級繞組端電壓振幅為:
    Ucem=UceQ≈Ec----------------------------------------------------式8
    初級繞組電流振幅為:
    Icm=IcM----------------------------------------------------------式9
    所以輸送到初級繞組的功率為:
    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
    設計推挽電路時要注意:
    (1)為避免交越失真,晶體管應具有一定的偏置電流,但不要過大,否則使電路效率降低。
    (2)晶體管的比較大集電極電壓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初級的功率,即Pc1=[(1/2)Pso]。
    (4)根據Pc1及Ec1的要求,算出晶體管負載電阻PL及輸出變壓器的匝數比n。
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