功率放大電路是用來輸出較大功率的電路,功率放大電路的主要任務是,在允許的失真限度內(nèi),盡可能高效率地向負載提供足夠大的功率。
★輸出功率Pom
輸出功率:功率放大電路提供給負載的信號功率稱不輸出功率。
計算方法:輸入為正弦波且輸出基本不失真條件下,輸出功率是交流功率Po=IoUo,Io和Uo均為交流有效值。
輸出功率Pom:是在電路參數(shù)確定的情況下負載上可能獲得的交流功率。
★轉(zhuǎn)換效率η
轉(zhuǎn)換效率:功率放大電路的輸出功率與電源所提供的功率之比稱為轉(zhuǎn)換效率。
電源直流功率:其值等于電源輸出電流平均值及其電壓之積。
晶體管的極限參數(shù):晶體管集電極電流ICM,管壓降U(BR)CEO,耗散功率PCM。
在選擇功率放管時,要特別注意極限參數(shù)的選擇,以保證管子安全工作。
�。�1)輸出功率要大。輸出功率Po = UoIo,要獲得大的輸出功率,不僅要求輸出電壓高,而且要求輸出電流大。因此,晶體管工作在大信號盡限運用狀態(tài),應用時要考慮管子的極限參數(shù),注意管子的安全。
�。�2)效率要高。放大信號的過程就是晶體管按照輸入信號的變化規(guī)律,將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流能量的過程。其轉(zhuǎn)換效率為負載上獲得的信號功率和電源供給的功率之比值。
�。�3)合理的設置功放電路的工作狀態(tài)。
功放電路的工作狀態(tài)有甲類、乙類、甲乙類及丙類。
由于在能量轉(zhuǎn)換的過程中,晶體管要消耗一定的能量,從而造成了η下降。顯然,要提高η,就要設法減小晶體管的損耗。而晶體管的損耗與靜態(tài)工作點密切相關。圖I0401 給出了晶體管的幾種工作狀態(tài)及對應的輸出波形。由圖可見,甲類狀態(tài),iC始終存在,沒有信號輸入時,直流電源供給的能量全部消耗在晶體管上,這種狀態(tài)的效率很低,乙類狀態(tài),沒有信號輸入時,iC = 0,晶體管不消耗能量,這種狀態(tài)的效率較高。這就指明了提高效率的途徑是降低靜態(tài)工作點。
�。�4)失真要小。 甲類功放通過合理設置靜態(tài)工作點,非線性失真可以很小,但它的效率低。乙類狀態(tài)雖然效率高,但輸出波形卻出現(xiàn)了嚴重失真。為了保存乙類狀態(tài)高效率的優(yōu)點,可以設想讓兩個管子輪流工作在輸入信號的正半周和負半周,并使負載上得到完整的輸出波形,這樣既減小了失真,又提高了效率,還擴大了電路的動態(tài)范圍。因而在買際中得到廣泛應用。
甲類:在放大電路中,當輸入信號為正弦波時,若晶體管在信號的整個周期內(nèi)均導通(即導通角θ=360°),則稱之工作在甲類狀態(tài);
乙類:若晶體管僅在信號的正半周或負半周導通(即θ=180°),則稱之工作在乙類狀態(tài);
甲乙類:若晶體管的導通時間大于半個周期且小于一個周期(即θ=180°~360°之間),則稱之工作在甲乙類狀態(tài);
單管變壓器耦合功率放大電路
如圖所示,
電源提供的功率為
PV=ICQVCC
從變壓器原邊向負載方向看的交流等效電阻為
輸出功率為
電源提供的功率仍為
PV=ICQVCC
電路的效率
無輸出變壓器的功率放大電路
無輸出變壓器的功率放大電路(簡稱OTL電路):用一個大電容取代了變壓器,如下圖所示。理想情況下,輸入電壓為正弦波時的工作原理:
◆當ui>0時,T1管導通,T2管截止,電流如圖所示,由于T1和RL組成的電路為射極輸出形式,uo≈ui;
◆當ui<0時,T2管導通,T1管截止,電流如圖所示,由于T1和RL組成的電路也為射極輸出形式,uo≈ui;
故電路輸出電壓跟隨輸入電壓。
無輸出電容的功率放大電路
無輸出電容的功率放大電路,簡稱OCL電路。 理想情況下,輸入電壓為正弦波時的工作原理:
◆當ui>0時,T1管導通,T2管截止,正電源供電,電流如右圖所示,電路為射極輸出形式,uo≈ui;
◆當ui<0時,T2管導通,T1管截止,負電源供電,電流如圖所示,電路也為射極輸出形式,uo≈ui;
可見電路實現(xiàn)了“T1和T2交替工作,正、負電源交替供電,輸出與入之間雙向跟隨”。
橋式推挽功率放大電路
為實現(xiàn)單電源供電,且不用變壓器和大電容,可采用橋式推挽功率放大電路,簡稱BTL電路,如下圖所示。
理想情況下,輸入電壓為正弦波的工作原理:
◆當ui>0時,T1和T4管導通,T2和T3管截止,電流如圖所示,負載上獲得正半周電壓;
◆當ui<0時,T2和T3管導通,T1和T4管截止,電流如圖所示,負載上獲得負半周電壓,因而負載上獲得交流功率。
BTL電路輸出功率大。 綜上所述,OTL、OCL和BTL電路中晶體管均工作在乙類狀態(tài),它們各有優(yōu)缺點,且均有集成電路,使用時應根據(jù)需要合理選擇。
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