低频功率放大器

2006-09-07 16:03:52来源: 电子查询网 关键字:放大器  晶体管  功率

  

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

关键字:放大器  晶体管  功率

编辑:金海 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/mndz/fdq/200609/2265.html
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