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功率放大器基礎(chǔ)知識
功率放大器基礎(chǔ)知識(主要參數(shù),分類等)

在電子設(shè)備中，放大器的末級通常要帶動一定的負(fù)載。例如，使揚(yáng)聲器發(fā)出洪亮的聲音，推動電動機(jī)旋轉(zhuǎn)，將微弱的無線電信號發(fā)射出去等。

為了達(dá)到以上要求，末級電路不但要求能輸出較大幅度的電壓，同時還要求輸出較大幅度的電流，即要求放大器能向負(fù)載輸出足夠大的功率。

這種放大器稱為功率放大器。早期的功率放大器多以三極管構(gòu)成，電路形式變化多樣，設(shè)計調(diào)試也較復(fù)雜。隨著半導(dǎo)體技術(shù)的飛速發(fā)展，近年 來出現(xiàn)了很多功放集成電路和模塊，功能更加完善，指標(biāo)也更加出眾，大大減少了設(shè)計、調(diào)試電路的工作量。雖然電路的形式大不相同，但都 基于相同的原理。

功率放大器的主要參數(shù)

1.輸出功率及安全工作條件

為了獲得大的輸出功率，加在功率晶體管上的電壓、電流就很大，晶體管工作在大信號狀態(tài)下。這樣晶體管的安全工作就成為功率放大器的一 個重要問題，一般以不超過管子的極限參數(shù)（Icm,BVceo,Pcm）為限度。

2.效率(η)

功率放大器輸出了較大的功率，同時自身也消耗了一部分能量。放大器輸出信號的功率與電源供給功率之比稱為放大器的效率，用η表示，即

η=Po/PEX100%

電源供給功率除了一部分變成有用的信號功率外，剩余部分變?yōu)榫�體管的管耗Pc(Pc-PE-Po）。

如果放大器的效率較低，不僅使電源供給功率增加，而且使晶體管管耗增加，甚至使其過熱損壞。因此，提高效率也是功率放大器研究的一個 重要問題。

3.失真功率

放大器中信號擺動幅度很大，往往超出晶體管的線性工作區(qū)，很小的飽和、截止失真都會帶來較大的非線性失真。因此減 小非線性失真就成為功率放大器研究的另一個問題。

功率放大器的分類

功率放大器可以根據(jù)工作狀態(tài)的不同分為以下四種：

(1）甲類工作狀態(tài)在整個工作周期內(nèi)晶體管的集電極電流始終是流通的，如圖9.1(1）所示。甲類工作狀態(tài)又稱為A類工作狀態(tài)。這

種狀態(tài)放大器的效率最低，但非線性失真相對較小。一般用于對失真比較敏感的場合，比如Hi一Fi音響。

(2）乙類工作狀態(tài)晶體管半個周期工作，另半個周期截止，如圖9.1(2）所示。乙類工作狀態(tài)又稱為B類工作狀態(tài)。這種放大器一般

有兩只互補(bǔ)的晶體管推挽工作，效率比甲類功放高，但存在交越失真的問題。一般功率放大器都采用這種形式。

(3）甲乙類工作狀態(tài)它是介于甲類和乙類之間的工作狀態(tài)，即晶體管工作周期大于一般，如圖9.1(3）所示。這種功放的特性介于甲類

和乙類之間。

(4）丙類工作狀態(tài)在這種狀態(tài)下，晶體管工作的時間小于半個周期，如圖9.1(4）所示。丙類工作狀態(tài)又成為C類工作狀態(tài)。丙類功

放一般用于高頻的諧振功放。

(5)D類功率放大器這種放大器中，輸入信號先調(diào)制為PWM形式，晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，輸出端通過LC濾波恢復(fù)信號波形。這種功率放

大器最大的特點(diǎn)就是效率很高，但是電路較為復(fù)雜、高頻特性差。主要用于小型化、電池供電以及要求高效率的場合。



9.4推挽功率放大器

9.4.1乙類推挽功率放大器

工作原理根據(jù)前面的介紹，甲類功率放大器的靜態(tài)工作電流很大，效率不會超過50％。而乙類功放靜態(tài)電流為零，這樣效率得以提高。但是

由圖9.1(2）可見，信號波形被削去一半，將產(chǎn)生嚴(yán)重的失真。如果使兩只相同的晶體管交替工作，一直工作在信號正半周期，另一只工

作在信號負(fù)半周期，這樣兩只晶體管猶如一推一挽，在負(fù)載上形成完整的波形。圖9.2(a）為推挽放大器的工作原理圖，圖中Ql為NPN

型晶體管，QZ為PNP型晶體管，電路采用正負(fù)兩組電源供電。無信號時，兩管都截止。當(dāng)輸入信號正半周時，Ql導(dǎo)通QZ截止，在負(fù)載

RL上輸出正半周信號；當(dāng)輸入信號為負(fù)半周時，Ql截止QZ導(dǎo)通，在負(fù)載RL上輸出負(fù)半周信號。這樣在一個周期內(nèi)，Ql、QZ交替工作

，在負(fù)載RL上合成一個完整的輸出波形，如圖9.2(b）所示。



圖9.2(a）功率放大器的原理圖



圖9.2(b）推挽放大器工作狀態(tài)

9.4.2乙類推挽功率放大器的參數(shù)計算

9.4.3乙類推挽功率放大器的非線性失真

9.4.3.1推挽電路對偶次諧波的抑制在理想情況下，若推挽電路的兩只晶體管電流、電壓波形完全對稱，則輸出電流中將沒有偶次諧波

成分，及推挽電路由已知偶次諧波的作用。實(shí)際上由于兩管特性總有差異，電路也不可能完全對稱，因此輸出電流中還會有偶次諧波成分。為 了減少非線性失真，應(yīng)盡量精選配對管子。

9.4.3.2交越失真與工作點(diǎn)的選擇由于晶體管的輸入特性和輸出特性，在電流趨于零時，都有一個非線性失真特別嚴(yán)重的區(qū)域，所以ic

在開始導(dǎo)通的一段時間里增長很慢，當(dāng)icl與icZ相互交替時，(icl、icZ）的波形和輸入波形相差較大。這種乙類推挽放大器所特有

的失真稱為交越失真，其原理如圖9.3所示。為消除交越失真，可分別給兩只晶體管的發(fā)射結(jié)加很小的正偏壓，讓兩只晶體管在靜態(tài)時各有

一個很小的Ic流過。這樣，既可以消除交越失真，有不會對效率有很大影響。嚴(yán)格地將，此時晶體管已工作在甲乙類狀態(tài)，但由于靜態(tài)偏壓

較小，所以一般仍稱它為乙類放大器，以區(qū)別靜態(tài)電流較大的甲乙類放大器。



9.3交越失真示意圖