甲類功率放大器

1、本文格式為Word版，下載可任意編輯甲類功率放大器 甲類功率放大器工作點(diǎn)是在負(fù)載線的中心四周。它的效率不高，但它的失真經(jīng)常是較低，設(shè)計(jì)最簡潔。 圖125顯示是一個(gè)甲類功率放大器。我們可利用負(fù)載線知道它能產(chǎn)生多大的信號(hào)功率。通過電源電壓UCC和飽和電流建立負(fù)載線。飽和電流是： Isat= UCC / RC= 16V/ 80= 200mA 負(fù)載線始于水平軸上的16V到達(dá)縱軸上的200mA。接著我們必需求出放大器的工作點(diǎn)。忽視求基極電流，得到： IBUCC/RB = 16V/16k= 1mA 圖125 甲類功率放大器三極管的是100，集電極電流是： IC×IB 100×1mA10

2、0 mA 從圖126可知負(fù)載線具有100 mA的工作點(diǎn)。 在產(chǎn)生失真之前,放大器輸出信號(hào)能被驅(qū)動(dòng)到負(fù)載線的極限。電壓的最大幅值是16Vp-p。電流最大幅值是200 mA p-p。這兩個(gè)最大值如圖126所示?，F(xiàn)在我們計(jì)算信號(hào)的功率。電壓的有效值換算如下： Urms=( Up-p / 2)×0.707 =( 16V/ 2)×0.707 =5.66V 電流有效值換算如下： Irms=( Ip-p / 2)×0.707 =( 200 mA/ 2)×0.707 =70.7 mA 信號(hào)功率由如下： P = Urms×Irms=5.66V×70.7

3、 mA =0.4W 最大功率是0.4W 與產(chǎn)生這樣信號(hào)功率有關(guān)的直流功率是多少？電源電壓16V，從電源上取得的電流包括基極與集電極電流，基極電流相當(dāng)小，可以忽視，集電極平均電流是100mA。因此平均功率是： P = U×I =16V×100mA =1.6W 放大器為了產(chǎn)生0.4W信號(hào)功率從電源取得1.6W功率,放大器的效率是： 效率= (Pac/ Pdc) ×100 % = (0.4/1.6 ) ×100 % = 25 % 說明電阻負(fù)載甲類放大器最大效率是25%。只有當(dāng)放大器最大輸出時(shí)才能有這樣效率。當(dāng)放大器沒有足夠的驅(qū)動(dòng)功率，效率要下降。上面等式中的1

4、.6W是不變的，驅(qū)動(dòng)信號(hào)為零時(shí),效率降低到零。從電源輸入的功率是輸出功率的四倍。這些功率的四分之三變作熱鋪張?jiān)谪?fù)載和晶體三極管上，晶體三極管有時(shí)需要加一個(gè)大的散熱器。 例12-3 如圖125所示放大器產(chǎn)生一個(gè)8Vp-p的正弦波，確定其效率。 首先求出信號(hào)電壓的有效值： Urms=(Up-p/2) ×0.707 =(8/2) ×0.707 = 2.83V 計(jì)算輸出功率： P = U2 / R =2.832/80 = 0.1W 在甲類放大器中直流輸入功率不變,，因此效率是： =(Pac / Pdc) ×100% =(0.1W/1.6W ) ×100% = 6

5、.25% 例124 在例123的放大器的損耗是多少？在沒有輸入信號(hào)時(shí)它的損耗是多少？ 損耗是輸入與輸出之差： P損耗=Pi nPo u t=1.6W0.1W=1.5W 沒有輸入信號(hào)，就不存在輸出信號(hào) P損耗= PinPout=1.6W0W=1.6W 甲類放大器將大量直流功率消耗在電阻上。 圖127所示是變壓器耦合甲類功率放大器，變壓器能把信號(hào)的能量耦合到負(fù)載上，現(xiàn)在負(fù)載上沒有直流流過。變壓器耦合允許產(chǎn)生兩倍信號(hào)功率。 如圖127與圖125有同樣的電源電壓，同樣的偏置電阻，同樣的晶體三極管和同樣的負(fù)載。不同的是使用耦合變壓器?，F(xiàn)在直流狀況完全不同，變壓器線圈有很低的電阻，這意味著在工作點(diǎn)上電源的

6、電壓都降落在晶體三極管上。用變壓器耦合的放大器的直流負(fù)載線如圖128所示，它是一根垂線，表示集電極電流變化時(shí)電壓不變。工作點(diǎn)電流還是100mA，這是由于基極電流和放大倍數(shù)不變，與集電極串聯(lián)的80電阻沒有了，全部的電源電壓都降落在晶體三極管上。實(shí)際上,負(fù)載線不是完全垂直，變壓器甚至電源總有一點(diǎn)電阻。 在變壓器耦合的放大器中還存在其次根負(fù)載線,它是由于在集電極電路里有溝通負(fù)載引出的結(jié)果，它被稱作為溝通負(fù)載線。在圖127的集電極電路中溝通負(fù)載不是80。記住變壓器是降壓型的，變壓器阻抗比等于匝數(shù)比的平方，因此在集電極電路中溝通負(fù)載是： RLac(1.41)2×80=160 留意在圖128中的

7、溝通負(fù)載線是從32V到200mA的連線。由于要滿意160的阻抗 ZU/I32V/200mA160 還要留意，溝通負(fù)載線要從靜態(tài)工作點(diǎn)通過，直流負(fù)載線和溝通負(fù)載線必定通過同一個(gè)工作點(diǎn)。 為什么溝通負(fù)載線要延長到兩倍的電源電壓？可從兩個(gè)方面解釋。第一，假如它通過工作點(diǎn)并且滿意160的傾斜度，必定延長到32V。其次，變壓器是典型的磁耦合器件，當(dāng)磁場減小，就產(chǎn)生一個(gè)電壓，添加到串聯(lián)的電源電壓上。這樣在變壓器耦合的放大器中，在達(dá)到阻抗匹配與滿激勵(lì)時(shí)UCE 的最大值等于兩倍電源電壓。比較圖128與圖126，具有變壓器的輸出擺幅增大了一倍。因此信號(hào)的功率是： PL=(0.707×16)2/160=

8、0.8W 放大器直流功率沒有變。電源電壓還是16V，平均電流還是100mA。對(duì)于同樣直流輸入功率，具有變壓器耦合的甲類放大器有兩倍的信號(hào)功率。具有變壓器耦合的甲類放大器的最大效率是： (Pac/Pdc)×1000.8/1.6×100%50% 然而，只有在輸入信號(hào)將輸出驅(qū)動(dòng)到最大電平常，才能達(dá)到這個(gè)效率。對(duì)于小信號(hào)效率要削減，當(dāng)放大器沒有信號(hào)驅(qū)動(dòng)效率下降到零。 在一些應(yīng)用中50的效率是能夠接受的。有時(shí)甲類放大器應(yīng)用在中等功率的放大器（大約在5W以下）。變壓器可能是昂貴的器件，例如在高質(zhì)量的音頻放大器，輸出變壓器成本比放大器的其他部分總和還要多?，F(xiàn)在大功率和高品質(zhì)的放大器，常用其他結(jié)構(gòu)形式的放大器。 上述計(jì)算忽視一些損失。首先，我們忽視了晶體三極管的飽和電壓。實(shí)際上UCE不能降到0V。功放晶體三極管的飽和電壓是0.7V， 它必需從輸出擺幅值減去。其次，在變壓器耦合放大器中我們忽視了變壓器的損失。變壓器不能有百分之百的效率。在音頻中的小變壓器效率只有百分之75。百分之25和百分之50的計(jì)算效率是理論的最大值，實(shí)際上不能實(shí)現(xiàn)。 例125 假如變壓器的效率是百分之80圖127所示放大器的最大效率是多少? 解：系統(tǒng)的總效率是分效率之積 ： 0.5