文档介绍：第九章低频功率放大电路
低频功率放大电路概述
互补对称功率放大电路
集成功率放大器
低频功率放大电路概述
分类
功率放大电路按放大信号的频率,可分为低频功率放大电路和高频功率放大电路。前者用于放大音频范围(几十赫兹到几十千赫兹)的信号,后者用于放大射频范围(几百千赫兹到几十兆赫兹)的信号。本课程仅介绍低频功率放大电路。
功率放大电路按其晶体管导通时间的不同,可分为甲类、乙类、甲乙类和丙类等四种。
甲类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内,晶体管均导通,有电流流过;乙类功率放大电路的特征是在输入信号的整个周期内,晶体管仅在半个周期内导通,有电流流过;甲乙类功率放大电路的特征是在输入信号周期内,管子导通时间大于半周而小于全周;丙类功率放大电路的特征是管子导通时间小于半个周期。其中前三种的工作状态示意图如图9-1所示。
图 9 – 1 甲类、乙类、甲乙类功率放大电路的工作状态示意图
功率放大器的特点
1. 输出功率要足够大
如输入信号是某一频率的正弦信号, 则输出功率表达式为
式中, Io、Uo均为有效值。如用振幅值表示, , 代入公式(9 - 1), 则
(9-1)
(9-2)
式中,Iom、Uom分别为负载RL上的正弦信号的电流、电压的幅值。
2. 效率要高
放大器实质上是一个能量转换器, 它是将电源供给的直流能量转换成交流信号的能量输送给负载, 因此, 要求转换效率高。为定量反映放大电路效率的高低, 引入参数η, 它的定义为
式中, Po为信号输出功率, PE是直流电源向电路提供的功率。在直流电源提供相同直流功率的条件下, 输出信号功率愈大, 电路的效率愈高。
(9-3)
3. 非线性失真要小
为使输出功率大, 由式(9 - 2)可知Iom、Uom也应大, 故功率放大器采用的三极管均应工作在大信号状态下。由于三极管是非线性器件, 在大信号工作状态下, 器件本身的非线性问题十分突出, 因此, 输出信号不可避免地会产生一定的非线性失真。当输入是单一频率的正弦信号时, 输出将会存在一定数量的谐波。谐波成分愈大,表明非线性失真愈大, 通常用非线性失真系数γ表示, 它等于谐波总量和基波成分之比通常情况下, 输出功率愈大, 非线性失真就愈严重。
提高输出功率的方法
1. 提高电源电压
选用耐压高、容许工作电流和耗散功率大的器件。集电极与发射极之间的击穿电压要大于管子实际工作电压的最大值,即
集电极最大允许的电流要大于管子实际工作电流的最大值,即
集电极允许的耗散功率要大于集电极实际耗散功率的最大值,即
2. 改善器件的散热条件
普通功率三极管的外壳较小, 散热效果差, 所以允许的耗散功率低。当加上散热片, 使得器件的热量及时散热后, 则输出功率可以提高很多。例如低频大功率管3AD6在不加散热片时, 允许的最大功耗Pcm仅为1W,加了120mm×120 mm×4 mm的散热片后, 其Pcm可达到10 W。在实际功率放大电路中,为了提高输出信号功率, 在功放管一般加有散热片。
提高效率的方法
功率放大器的效率主要取决于功放管的工作状态。下面用图解法进行分析。
图9-2所示是三极管放大电路的输出特性和交流负载线。假设图中特性曲线是理想曲线,直线MN为交流负载线,Q为静态工作点。在最佳情况下,由图9-2可看出, ON≈2Icm=2ICQ为输出电流的峰-峰值,OM≈2Ucem=UCC为输出电压的峰-峰值。放大电路输出功率为
即为△M′MQ的面积。