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，否则使电路效率降低。(2)晶体管的最大集电极电压Ucm>2Ec。(3)晶体管的耗散功率Pcm≥1.2Pc1,其中Pc1为每只晶体管送给变压器B2初级的功率，即Pc1=[(1/2)Pso]。(4)根据Pc1及Ec1的要求，算出晶体管负载电阻PL及输出变压器的匝数比n。 图2