模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第二十二節(jié):功率放大電路的一般問題

模擬電路網(wǎng)絡(luò)課件 第二十二節(jié):功率放大電路的一般問題

5.1 功率放大電路的一般問題

一、功率放大電路的定義

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。

前面已經(jīng)介紹了一些電子電路，經(jīng)過這些電路處理后的信號，往往要送到負(fù)載，去驅(qū)動一定的裝置。例如，這些裝置有收音機(jī)中揚(yáng)聲器的音圈、電動機(jī)控制繞組、計算機(jī)監(jiān)視器或電視機(jī)的掃描偏轉(zhuǎn)線圈等。這時我們要考慮的不僅僅是輸出的電壓或電流的大小，而是要有一定的功率輸出，才能使這些負(fù)載正常工作。這類主要用于向負(fù)載提供功率的放大電路常稱為功率放大電路。

功率放大電路的性能指標(biāo)主要有：最大輸出功率、效率等。

二、功率放大電路與電壓放大電路的區(qū)別

前面各章所討論的放大電路主要用于增強(qiáng)電壓幅度或電流幅度，因而相應(yīng)地稱為電壓放大電路或電流放大電路。但無論哪種放大電路，在負(fù)載上都同時存在輸出電壓、電流和功率，從能量控制的觀點(diǎn)來看，放大電路實(shí)質(zhì)上都是能量轉(zhuǎn)換電路，功率放大電路和電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別。上述稱呼上的區(qū)別只不過是強(qiáng)調(diào)的輸出量不同而已。

但是，功率放大電路和電壓放大電路所要完成的任務(wù)是不同的。對電壓放大電路的主要要求是使負(fù)載得到不失真的電壓信號，討論的主要指標(biāo)是電壓增益、輸入和輸出阻抗等，輸出的功率并不一定大。而功率放大電路則不同，它主要要求獲得一定的不失真（或失真較小）的輸出功率，通常是在大信號狀態(tài)下工作，因此，功率放大電路包含著一系列在電壓放大電路中沒有出現(xiàn)過的特殊問題。

三、功率放大電路的特殊問題

（1）要求輸出功率盡可能大：為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

（2）效率要高：由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個效率問題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號功率和電源供給的直流功率的比值。這個比值越大，意味著效率越高。

（3）非線性失真要?。汗β史糯箅娐肥窃诖笮盘栂鹿ぷ?，所以不可避免地會產(chǎn)生非線性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線性失真成為一對主要矛盾。但是，在不同場合下，對非線性失真的要求不同，例如，在測量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個問題顯得重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場合中，則以輸出功率為主要目的，對非線性失真的要求就降為次要問題了。

（4）BJT的散熱問題：在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個重要問題。

（5）功率管的參數(shù)選擇與保護(hù)：在功率放大電路中，為了輸出較大的信號功率，管子承受的電壓要高，通過的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇與保護(hù)問題也不容忽視。

（6）功率放大電路的分析任務(wù)是：最大輸出功率、最高效率及功率三極管的安全工作參數(shù)。在分析方法上，由于管子處于大信號下工作，故通常采用圖解法。

四、放大電路的工作狀態(tài)

根據(jù)放大電路中三極管在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)的導(dǎo)通情況，可將放大電路分為下列三種工作狀態(tài)：

（1）甲類放大

在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，都有電流流過三極管，這種工作方式通常稱為甲類放大。

甲類放大的典型工作狀態(tài)如圖1所示，此時整個周期都有iC > 0 ，稱功率管的導(dǎo)電角q = 2p ?！?/P>

（2）甲乙類放大

在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，有半個周期以上，三極管的iC > 0 ，稱為甲乙類放大。其典型工作狀態(tài)如圖1所示（按照圖中操作說明操作），此時功率管的導(dǎo)電角q 滿足：p < q < 2p 。

（3）乙類放大

在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，只有半個周期，三極管的iC > 0 ，稱為乙類放大。其典型工作狀態(tài)如圖1所示，此時功率管的導(dǎo)電角q = p 。

五、提高效率的途徑

效率h是負(fù)載得到的有用信號功率（即輸出功率Po）和電源供給的直流功率（PV）的比值。要提高效率，就應(yīng)將電源供給的功率大部分轉(zhuǎn)化為有用的信號輸出功率。

在甲類放大電路中，為使信號不失真，需設(shè)置合適的靜態(tài)工作點(diǎn)，保證在輸入正弦信號的一個周期內(nèi)，都有電流流過三極管。因此當(dāng)有信號輸入時，電源供給的功率一部分轉(zhuǎn)化為有用的輸出功率，另一部分則消耗在管子（和電阻）上，并轉(zhuǎn)化為熱量的形式耗散出去，稱為管耗。而在沒有信號輸入時，這些功率全部消耗在管子（和電阻）上。甲類放大電路的效率是較低的，可以證明，即使在理想情況下，甲類放大電路的效率最高也只能達(dá)到50%。

顯然，若能減少管耗，就可以提高效率。靜態(tài)電流是造成管耗的主要因素，因此如果把靜態(tài)工作點(diǎn)Q 向下移動，使信號等于零時電源輸出的功率也等于零（或很小），信號增大時電源供給的功率也隨之增大，這樣電源供給功率及管耗都隨著輸出功率的大小而變，也就改變了甲類放大時效率低的狀況。實(shí)現(xiàn)上述設(shè)想的電路有乙類和甲乙類放大。

乙類和甲乙類放大主要用于功率放大電路中。雖然減小了靜態(tài)功耗，提高了效率，但都出現(xiàn)了嚴(yán)重的波形失真，因此，既要保持靜態(tài)時管耗小，又要使失真不太嚴(yán)重，這就需要在電路結(jié)構(gòu)上采取措施。