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5. 功率放大电路
实际应用中常常需要电子设备提供一定的输出功率来推动某些负载。为了与通常的信号放大相区别,那些能产生较大输出功率的放大电路称为功率放大电路。
功率放大电路概述
1. 功率放大电路特点
不论是信号放大电路还是功率放大电路,都是利用半导体器件中的电流控制或电压控制作用来进行放大,都是把电源的能量转换为放大信号的能量;但两者的区别在于:信号放大主要考虑的是电路能有效地从信号源获取信号并提供一定的增益,而功率放大主要考虑的是电路能产生足够大的输出功率并且有效地传输给负载。
功率放大电路在分析、设计中主要考虑的问题:
(1)输出功率(2)效率(3)失真(4)散热及保护
功率放大电路中靠近输出端的晶体管常常要承受比较高的工作电压和比较大的工作电流,不能再按照小信号模型来分析,可以用输入输出特性曲线进行图解分析,或使用其它模型。
2. 功率放大电路的类型
(1)甲类放大:整个信号周期内,放大器件始终导通
甲类放大电路中功率管的工作点较高,位于放大区的中部,其静态电流较大,管子承受的静态功耗也较大。甲类电路的效率较低,不到50﹪。
(2)甲乙类放大:整个信号周期内,放大器件在半个周期以上的时间里导通,小于半个周期的时间里截止。
甲乙类放大电路中的功率管的工作点较低,接近于截止区,因此在信号周期的一定时间内截止;由于静态电流小,管子的静态功耗低,电路的效率高于甲类,可以达到或略超过50﹪。
(3)乙类放大:整个信号周期内,放大器件仅在半个周期内导通,另外半个周期内截止。
乙类放大电路中的功率管的工作位于截止区,静态电流为零,无静态功耗。电路的效率较高,可以达到60﹪~ 70﹪左右。
乙类双电源互补对称功率放大电路
电路的结构
电路由两个互补对称的晶体管构成,两个晶体管在信号的正、负半周交替工作,这样的电路也称为推挽式电路。该电路相当于两个交替工作的射极跟随器。
分析计算
互补对称放大电路的输出特性曲线如下,由两个晶体管的输出特性曲线拼接而成;从图中可以读出输出电流的峰值和输出电压的峰值。
1. 输出功率
定义为输出电压和电流(均为有效值)的乘积。
输出功率的最大值近似为:
2. 功率管损耗
晶体管 T1上的损耗为
代入
后得到
两个晶体管的损耗为
3. 直流电源供给的功率
电源供给功率的最大值近似为
4. 放大电路的效率
功率放大电路的效率定义为输出功率与电源功率的比
当输出达到最大时有
﹪