功率放大电路的一般问题Word格式文档下载.docx
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（4）晶体管的散热问题在功率放大电路中，有相当大的功率消耗在管子的集电结上，使结温和管壳温度升高。
为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率，放大器件的散热就成为一个重要问题。
（5）在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择与保护问题也不容忽视。
（6）功率放大电路的分析任务是：
最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数。
在分析方法上，由于管子处于大信号下工作，故通常采用图解法。
根据放大电路中三极管在输入正弦信号的一个周期内的导通情况，可将放大电路分为下列三
种工作状态：
图A_01
（1）甲类放大
所示，此时整个周期都有
/c>
0,称功率管的导电角二2o
效率是负载得到的有用信号功率（即输岀功率P。
）和电源供给的直流功率（Pv）
的比值。
要提高效率，就应将电源供给的功率大部分转化为有用的信号输岀功率。
在甲类放大电路中，为使信号不失真，需设置合适的静态工作点，保证在输入正弦信号的一个周期内，都有电流流过三极管。
因此当有信号输入时，电源供给的功率一部分转化为有用的输出功率，另一部分则消耗在管子（和电阻）上，并转化为热量的形式耗散出去，称为管耗。
而在没有信号输入时，这些功率全部消耗在管子（和电阻）上。
甲类放大电路的效率是较低的，
喇叭上得到的功率大小要根据交流电压或交流电流的有效值而不是瞬时值。
所以
12X-'
=8.4mA
在上述条件下，集电极电流变化的有效值是v•2,由此得出输岀功率P
尸“（8.4X1厂彷XS=576XlO^W丁<
1.576mW
计算的结果说明这样一科情况：
耍使负载得對0.^76rnW的功率,电源妾给出?
m\；
v的功率。
我们通帝把这网个功率之比称为效率》记作h则「-
<
S-2）
將数禎代人,
1/——••—==0.«
%
・73••••■■■
•也就是说，以这拝泊电路作为功率放卞、它的效率还不到百分之
有没有办法提高甲类放大电路的效率呢最有效的办法就是采用变压器输出。
由于变压器的互耦功能，经计算，不但可以大幅度地提高等效负载电阻的阻抗，而且原边产生的感应电压与电源电压的迭加使电路的工作电压也有很大提高。
等效负载电阻为:
（朋、"
是原、副边线圈各自的匝
数）
忒中的丛称为娈斥器的变比，通常用”來代表，则
这样，我们炖变庄器转换电阴.的作用就有一个具休的了解。
例如，把一个舲屈負裁电阻藪到一个切I;
凹誥』打=巴）的变压器的副边9那么反缺到原边的电阻說建再，=于X8=720.,我们可以杲用不同的变比，把負载■电阻转换:
更为两需要的、比裟合适的数值°
这种倣法通常称为"
匹配卞接到鳖子辎出郁为（隼电极回路〉的变压曙称•为输出变压器，接到驗入部分（基莎回路）的变压器祢沟報入变压骼。
但是交流负载线的斜爭究竟应该多人才好呢？
这要和答子质允许的电压、电流、功率坝梔以及波形失真寻情况统一起来若虑。
例如管子的3=25mA,=1OV,
P"
f=100mW,则图卜6中所作的交流负载线大致可以使输出功率为最大q白图可知
&
.=纠仏~狄5一65x2=込世=3754
△匚2424
由此可以计算出变压器的变比
在这种惜况下的输出功率是
P“■丄△UreA/<
=>
—X（9.5—0.5）X（24—0）X10_，
88
—27X10"
5W=27m\V
而电源供给的功率仍然大致是
Pc―EX—=6X12X10~,-•72X10-3V=72mW
可见利用变压器钢合之后，在电源供给同祥功率的条件下，输出功率由0.576mW增加到27mW,这样一来，效率也由0.8%堵加到二X100%=37.5%*,这是一个很大的改进。
可以证明，即使在理想情况下，甲类放大电路的效率最高也只能达到50%。
显然，若
能减少管耗，就可以提高效率。
静态电流是造成管耗的主要因素，因此如果把静态工作点Q向下移动，使信号等于零时电源输岀的功率也等于零（或很小），信号增大时电源供给的功率也随之增大，这样电源供给功率及管耗都随着输岀功率的大小而变，也就改变了甲类放大时效率低的状况。
实现上述设想的电路有乙类和甲乙类放大
乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，只有半个周期，三极管的/c>
0,称为乙类放大。
其典型工作状态如图A_03所示，此时功率管的导电角。
图A_03
乙类和甲乙类放大主要用于功率放大电路中。
虽然减小了静态功耗，提高了效率，但都岀现了严重的波形失真，因此，既要保持静态时管耗小，又要使失真不太严重，这就需要在电路结构上采取措施。
甲乙类放大在输入正弦信号的一个周期内，有半个周期以上，三极管的/C>
0,称
为甲乙类放大。
其典型工作状态如图A_02所示，此时功率管的导电角满足^
图A_02
Cd;
折台可壬;
型上n兄盘电汪題于
（＜）&
产刑宅JEdFN的女绘电住芨足（电我的。
芟化澄坯比M
（电圧的总支忙・g込事占＜5）
乙类双电源互补对称功率放大电路
亠
-V
（a）基本互补对称电路（b）由NPN管组成的射极输岀器（c）由PNP管组成的射极输岀器
下面来研究一下图B_01a所示的互补对称电路。
「和T2分别为NPN型管和PNP型管,两管的基极和发射极相互连接在一起，信号从基极输入，从射极输出，R.为负载。
由于该电路无基极偏置，所以曲二他二八当w=0时，「、T2均处于截止状态，所以该电路为乙类放大电路。
这个电路可以看成是由图XX_01b、c两个射极输岀器级合而成。
考虑到BJT发射结处于正向偏置时才导电，因此当信号处于正半周时，除产除2>
0,则T2截止，「承担放大任务，有电流通过负载Rl；
而当信号处于负半周时，除严檢2®
则T,截止，T2承担放大任务，仍有电流通过负载Rl；
这样，一个在正半周工作，而另一个在负半周工作，两个管子互补对方的不足，从而在负载上得到一个完整的波形，称为互补电路。
互补电路解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾。
为了使负载上得到的波形正、
负半周大小相同，还要求两个管子的特性必须完全一致，即工作性能对称。
所以图XX_01a
所示电路通常称为乙类互补对称电路。
功率放大电路的分析任务是求解最大输岀功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数等性能参数。
分析的关键是％的变化范围。
在分析方法上，通常采用图解法，这是因为BJT处于大信号下工作，且乙类互补对称电路的晶体管只有半个周期导通。
图C_01
，C1|r<
7c
T】
十
1
，C2|
-i
-Vcc
图C_02
图C_02a表示图C_01电路在/为正半周时「的工作情况。
图中假定，只要險匚/>
0,「就开始导电，则在一周期内「导电时间约为半周期。
随着匕的增大，工作点沿着负载线上移，则/；
=/ci增大，K•也增大，当工作点上移到图中A点时，畑二娠s,已到输出特性的饱和区，此时输出电压达到最大不失真幅值。
根据上述图解分析9可得输岀电压的幅值为Kn=I仏-％"
）其最大值为Kwax=I4c"
KeSo
图C_01中L的工作情况和「相似，只是在信号的负半周导电。
为了便于分析，将T2的特性曲线倒置在「的右下方，并令二者在Q点，即呢二Vcc处重合，形成「和T2的所谓合成曲线，如图C_02b所示。
这时负载线通过沧点形成一条斜线，其斜率为-1/Rlo显然，允许的，。
的最大变化范围为2/卯，％的变化范围为2人=2/風二2（Kc-Kes）o若忽略管子的饱和压降VcES9则KcttokV（X.o
根据以上分析，不难求岀工作在乙类的互补对称电路的输岀功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。
输岀功率是输岀电压有效值K和输出电流有效值/。
的乘积（也常用管子中变化电压、变化
电流有效值的乘积表示）。
乙类互补对称电路中的T,xL可以看成共集状态（射极输岀器），即人»
1o所以
当输入信号足够大，使人二Kes堆时，可获得最大输出功率
考虑到「和L在一个信号周期内各导电约180。
且通过两管的电流和两管两端的电压忽在数值上都分别相等（只是在时间上错开了半个周期）。
因此，为求出总管耗，只需先求出单管的损耗就行了。
设输岀电压为％=Asint,则「的管耗为
D_1代凡_磴］
而两管的管耗为
效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。
为了计算效率，
必须先分析直流电源供给的功率几，它包括负载得到的信号功率和T.xT2消耗的功率两部
分，即
当输出电压幅值达到最大，即$=仏时，则得电源供给的最大功率为
所以，一般情况下效率为
这个结论是假定互补对称电路工作在乙类、负载电阻为理想值，忽略管子的饱和压
降Vces和输入信号足够大（人A沧）情况下得来的，实际效率比这个数值要低些。
7U
工作在乙类的基本互补对称电路，在静态时，管子几乎不取电流，管耗接近于零，因此，当输入信号较小时，输出功率较小，管耗也小，这是容易理解的；
但能否认为，当输入信号愈大，输出功率也愈大，管耗就愈大呢答案是否定的。
那么，最大管耗发生在什么情况下呢
由管耗公式
可知管耗久是输出电压幅值人的函数，具此计算:
A=2%c/
沧时具有最大管耗，所以
_"
FJ"
”应
丹问=°
・2咒血
如下的关系71叽
上式常用来作为乙类互补对称电路选择管子的依据，它说明，如果要求输岀功率为
10W,则只要用两个额定管耗大于2W的管子就可以了。
图D_01
上面的计算是在理想情况下进行的，实际上在选管子的额定功耗时，还要留有充分的余地。
考虑到&
几和久都是A的函数，如用$/堆表示的自变量作为横坐标，纵坐
标分别用相对值/2%表示。
则2、H和久与A/仏的关系曲线如图C_01所示。
图
C_01也进一步说明，P。
、和久与厶/厶不是线性关系，且f"
。
+2珀。
在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，管子承受的电压要高，通过的电流要大，功率管损坏的可能性也就比较大，所以功率管的参数选择不容忽视。
选择时一般应考虑晶体管的三个极限参数，即集电极最大允许功率损耗忌，集电极最大允许电流/c“和集电极-发射极间的反向击穿电压K^CEOo
由前面知识点的分析可知，若想得到最大输出功率，又要使功率晶体管安全工作，晶体管的参数必须满足下列条件：
晶体管
（1）每只晶体管的最大管耗凡小P“必须小于BJT的最大允许管耗P*；
（2）通过晶体管的最大集电极电流为/c,nax=/笊堆/心所选晶体管的/CM
一般不应低于此值。
（3）考虑到当7；
导通且输出电压达到负向最大值时，-畑二6s0,此时畑具有最大值，且等于2%c,因此，应选用反向击穿电压IKbr）ceo|>
2Kc的管子。
注意，在实际选择管子时，其极限参数还要留有充分的余地。
心21
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