文档介绍：§16-8 互补对称功率放大器
一. 对功率放大器的基本要求
1. 功放的任务:
输出足够大的功率供给负载。
根据信号频率的不同,
功率放大器分
低频(音频)功放
高频(射频)功放
本节是讲低频功率放大器。根据用途不同,它的负载也不同,如扬声器,电动机,继电器等,功率放大器往往是整个放大系统的最后一级,故常称末级或输出级。
图16-87
扩音机方框图
(功放应用实例)
包含三个方面:
①. 在不失真条件下输出尽可能大的功率。
②. 效率高。功率放大器往往是整个电子设备
定义:
功放效率=
负载获得的交流信号功率(P0)
电源提供的直流功率(PE)
(16-72)
功率的主要消耗者,为了减小功耗,功放效率应尽量的高。
集电极功率损耗
PC=PE - PO
图16-88 功率放大器效率
③.安全工作
末级放大器交流信号电压(电流)都很大,相应的直流电压(电流)也大,管子容易损坏。为了保证安全工作,管子动态范围不应超出由极限参数(PCM ,U(BR)CE0 ,ICM)限定的安全工作区。
放大管的工作状态分为甲类,甲乙类,乙类等,如图16-89所示。
第(62)页
功放如选甲类工作状态,放大器效率较低,这是因为甲类时, ,电源供给的直流功率不论有无交流输入信号,直流电源均需提供这一功率,甲类工作点取得很高,ICQ 很大,所以 PE 也大。
而且处于放大区,电流通角=360 ,小信号电压放大器就属于此类工作状态。
甲类: 在交流信号的一个周期内,管子均有电流,
甲乙类: 介于甲类于乙类之间,180< <360 。
乙类: 交流信号半个周期管子导通,另半个周期管子截止,
电流通角只有一半,即=180 。
而乙类工作状态,ICQ = 0,静态时电源不需要消耗功率,仅当激励信号加入,集电极出现脉冲电流,直流电源才需提供直流功率(式中,IC 是集电极脉冲电流的直流分量),从而节省了电源功率,提高了效率,可以证明甲类功放的最高效率只能达到50% ,要提高效率,功放应采取乙类工作状态,但是乙类工作需要解决波形失真问题。
小信号电压放大器由于工作点电流很小,功耗很小,不需要考虑效率问题,故采用甲类工作。
二. 互补对称功率放大电路
①.结构特点:上下对称,但T1 ,T2管子类型不同:
T1 ,NPN ,正电源供电
T2 ,PNP ,负电源供电
发射极共用负载RL,对于扬声器 RL=4,8 ,16
②.静态分析
静态时ui = 0 ,B点电位UB = 0;扬声器RL直流电阻很小,可认为短路,故A点电位UA=0,因而 T1 , T2的UBEQ=0,两管均属乙类工作状态,静态无电流。
假定T1,T2具有图16-91所示理想特性,在交流正弦信号激励下,正半周,T1导通,T2截止;负半周,T2导通,T1截止,正负半周的等效电路分别如图16-92(a)及(b)所示。
③.动态分析
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图16-93是电压电流波形图。
结论:互补对称功率放大器实质上是两个
共集电极放大器(射极输出器)的组合,
这两个共集放大器所用放大管的类型不
同,所以在同一信号激励下,可以轮流
交替导通,实现互补,在负载RL上获得
完整的正弦波,解决了乙类工作波形失
真问题。
需要说明:共集放大器虽然没有电压放大作用,但有电流放大,因而存在功率放大,共集放大器很低的输出电阻使它便于和负载RL匹配。
在不失真条件下,放大器加入最大激励信号时,放大管的工作状态,如图16-94所示,由图可见,最大输出电压幅值:
式中,UCES是三极管饱和压降,,一般可以忽
略,故
(16-73)
最大输出电流幅值
(16-74)
于是互补对称功率放大器的最大不失真输出功率(理想值)为:
(16-75)
半个正弦波的集电极脉冲电流,其直流分量由频谱分析求得为:
两个电源供给的直流功率
放大器效率
(16-76)
(16-77)