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9 1 1功率放大器的特點及工作狀態(tài)分類 二 特點 1 大信號工作 2 分析方法以圖解法為主 3 非線性失真矛盾突出 4 提高效率成為重要的關注點 5 功率器件的安全問題必須考慮 過壓 過流 散熱等 一 功能 不失真的傳給負載足夠大的功率 二 工作狀態(tài)分類根據(jù)直流工作點的位置不同 放大器的工作狀態(tài)可分為A類 甲類 B類 乙類 C類 丙類 等 A類 甲類 工作點Q較高 ICQ大 信號360 內(nèi) 管子均導通 通角 180 B類 乙類 工作點Q選在截止點 管子只有半周導通 另外半周截止 通角 90 C類 丙類 工作點Q選在截止點面 信號導通角小于180 通角 90 AB類 分析結果表明 A類工作時非線性失真雖小 但效率太低 且沒有收到信號時 電源仍供給功率 ICQ 0 這些功率將轉(zhuǎn)化為無用的管耗 B類工作時非線性失真雖大 波形只有半周 但效率卻很高 只要我們在電路結構上加以彌補 非線性失真是可以減小的 所以 在功率放大器中大多采用B類工作 C類工作主要用于高頻功率放大器中 這里不予討論 9 2互補跟隨乙類 B類 功率放大器 一 雙電源互補跟隨乙類功率放大器 OCL電路 OTL OutputTransformerLessOCL OutputCapacitorLess 1 電路 圖9 2 1互補跟隨乙類功率放大器 OTL電路 1 輸出交流功率PL 令稱之為電壓利用系數(shù) 那么式可改寫為 信號越大 Uo增大 電壓利用率也增大 若忽略集電極飽和電壓 則最大 1 故最大輸出功率PLm為 V1 V2為半周工作 但負載電流卻是完整的正弦波 2 電源提供的功率 當信號最大時 Uom UCC 電源輸出最大功率 當信號為零時 工作點接近于截止點 ICQ 0 電源不提供功率 而隨著信號的增大 iC1增大 電源提供的功率也將隨之增大 這點與A類功放有本質(zhì)的差別 PE UCC iC1的直流分量 UEE iC2的直流分量 3 每管轉(zhuǎn)換能量的效率 當信號最大 1時 效率達到最高 一般 50 60 4 每個管子損耗PC 可見 每個管子的損耗PC是輸出信號振幅的函數(shù) 將PC對Uo求導 可得出最大管耗PCm 令 得出 當時 每管的損耗最大 那么 我們可以得出一個重要結論 即PCm與最大輸出功率的關系為 該式提供了選擇功率管功耗的依據(jù) 例如 負載要求的最大功率PLm 10W 那么只要選一個功耗PCm大于0 2PLm 2W的功率管就行了 3 選擇功率管 2 已知PLm 選擇管子允許的最大功耗PCM 管子允許的最大功耗 為保證晶體功率管的安全和輸出功率的要求 電源及輸出功率管參數(shù)的選擇原則如下 1 已知PLm及RL 選UCC 則 3 管子的擊穿電壓U BR CEO 4 管子允許的最大電流ICM 當信號最大時 一管趨于飽和 而另一管趨于截止 截止管承受的最大反壓為UCC UEE 2UCC 所以 二 單電源互補跟隨乙類功率放大器 DC V1導通 V2截止時 V1給負載RL提供電流 當V1截止 V2導通時 電容C充當V2的電源 只要C足夠大 在信號變化一周內(nèi) 電容電壓可以保持基本恒定UCC 2 負載得到的交流電壓振幅的最大值為 故 該電路負載得到的最大交流功率PLm為 為保證功率放大器良好的低頻響應 電容C必須滿足 fL為放大器下限頻率 三 復合管及準互補乙類功率放大器 OCL電路 在功率放大器中 輸出功率大 輸出電流也大 如要求輸出功率PLm 10W 負載電阻為10 那么 功率管的電流峰值ICm 1 414A 若功率管的 30 則要求基極驅(qū)動電流IBm 41 1mA 前級晶體管放大器或運算放大器 若輸不出這樣大的電流來驅(qū)動后級功率管 則需要引入復合管 復合管又稱達林頓電路 復合管的總 值為 等效 值的增大 意味著前級供給的電流可以減少 組成復合管的原則有以下幾點 1 電流流向要一致 2 各極電壓必須保證所有管子工作在放大區(qū) 即保證e結正偏 c結反偏 3 因為復合管的基極電流iB等于第一個管子的iB1 所以復合管的性質(zhì)取決于第一個晶體管的性質(zhì) 若第一個管子為PNP 則復合管也為PNP 反之為NPN 正確的復合管連接方式有四種 如圖9 6所示 復合管的構成 復合管功率放大器 NPN與NPN構成NPN PNP與NPN構成PNP 9 3D類功率放大器 單片集成功率放大器一一LM386 散熱器及熱阻模型 二次擊穿現(xiàn)象一一不可逆的損壞 晶體管安全工作區(qū) 大功率VMOS管 簡化的差動放大器 公式推導 可見 差動放大器線性動態(tài)范圍很小超過 電路進入限幅狀態(tài) 產(chǎn)生嚴重的非線性失真 i C1 i C2 I 0 u id 傳輸特性 關于放大倍數(shù)的討論 可見 增益AU正比于恒流源電流I 那么 改變I就可以控制增益 如果使I受到另外一個信號ub的控制 那么就可以實現(xiàn)信號的相乘 即 擴大線性動態(tài)范圍的方法 加射極負反饋電阻 結論 利用差分放大器的傳輸特性可以實現(xiàn) 增益的自動控制 小信號的線性放大 信號的相乘運算 信號的變換 將三角波變成正弦波 方波 信號的整形 將不規(guī)則的輸入波形整形為矩形波 高速電流開關一一ECL邏輯電路 電壓比較器