乙类功率放大器

1、本文格式为Word版，下载可任意编辑乙类功率放大器 乙类放大器处在截止状态，直到有输入信号时，才有电流通过晶体管。这样消退了电源的固定的损耗，效率较高。若用一个晶体三极管做放大器，仅让输入信号的一半放大，这时产生极大的失真。单独一个晶体三极管不能用在放大音频的场合。 在乙类放大器要用两个晶体三极管。一个用来放大正半周输入信号 ，另一个放大负半周输入信号。两个半波结合削减了许多失真。两个晶体三极管联合工作的方式称作推挽。 图129为乙类推挽功率放大器。用了两个晶体三极管、变压器T1供应Q1、Q2的驱动信号。变压器T1被称作激励变压器。变压器T2被称作输出变压器，它把两个信号合并向负载供应输出。留

2、意每个变压器的一个边有中心抽头。 在图129中没有直流电源使放射结导通，如没有信号就没有任何电流，Q1、Q2截止。当加到T1的输入信号产生的次级电压的极性如图所示，Q1导通，电流将流过T2初级的一半。由于输出变压器初级电流变化，信号将消失变压器次级的两端并被放大。当Q1导通时，电流向下，使负载两端产生一个负电压。 当信号极性相反时，Q1截止Q2导通，如图1210所示。电流将通过T2初级的另一半，这时电流向上。通过两个晶体三极管推挽方式工作，大部分失真被消退，电路能放大正负半周输入信号。 我们能用图形曲线表示输出的振幅和乙类推挽放大器的效率。图1211显示了推挽电路沟通和直流负载线。直流负载线是

3、垂直的，在集电极电路里电阻很小。沟通负载线的斜率是由集电极电路中的变压器负载打算。它取决于变压器的匝数比6.32：1，这个匝数比打算了集电极电路的沟通等效负载。在任何时侯变压器的初级只有一半是导通的，因此只能用匝数比的一半计算阻抗比： 6.32/2=3.16 现在，集电极负载等于匝数比的平方乘负载电阻： RL=(3.16)28=80 每个晶体三极管相当有80电阻。图1211的负载线，从16V延长到200mA.这满意80的斜率： RL=U/I=16V/0.2A=80 图1211是精确的，但只绘制出一个晶体三极管曲线。 对于推挽电路的负载曲线绘制还有另一种方法，如1212图所示。这一曲线允许画出一

4、个完整的输出波形，输出电压摇摆的峰峰值为32V,它的有效值（均方根值）为： Urms= （UP-P/2）0.707=(32V/2)0.707=11.31V 下面求电流的有效值： Irms（Ip-p/2）0.707=(400mA/2)0.707=141.4mA 则输出信号功率是： PUI11.31V141.4mA=1.6W 要求乙类推挽电路的效率，我们还需要知道直流输入功率;电源供应的电压是16V,输出电流在0到200mA之间变化,由于甲类所要求的集电极一平均电流为： IIP0.637=200mA0.637=127.4mA 平均输入功率是： Pav=UI=16V127.4mA=2.04W 乙类推

5、挽放大器从电源得到2.04W功率,它输出的功率是1.6W，效率是： C(Pac/Pdc)100%=(1.6W/2.04W)100%=78.5% 甲类放大器的最高效率是百分之50，乙类放大器最高效率是百分之78.5。高效率使得乙类推挽电路在大功率应用中更有吸引力。对小信号来说乙类放大器从电源上取得功率也少，前面得到的2.04W输入功率，不是(固定)不变的，当信号削减，电源的功率也削减。 例126 图1210推挽放大器的输出达到最大电压振幅的一半时，求它的效率。 输出功率将削减到最大值的四分之一即0.4W。由于功率与电压的平方成正比。电压摇摆(Up-p)的一半是16V如图1210所示.其有效值为：

6、 Urms=(Up-p/2)0.707 =(16/2)0.707=5.66V 现在IP-P=200mA信号电流的有效值是： Irms=(Ip-p/2)0.707 =(200mA/2) 0.707 = 70.7mA Pac = UrmsIrms = 5.66V70.7mA = 0.4W 这验证我们对信号功率的推想。平均直流电流是： Iav = I p0.637 = 100mA 0.637 = 63.7mA 直流功率是： Pdc = 16 63.7mA = 1.02W 请留意这时直流输入功率是放大器被充分驱动的一半，效率也是充分驱动时的一半： C= (Pac/Pdc)100% = 0.4 /1.0

7、2100% =39.2% 乙类放大器没有充分被激励时效率下降，然而它比驱动到输出最大振幅值一半的甲类放大器效率高。 例127 在没有输入信号状况下，能计算图1210所示放大器的效率吗？ 解：在没有输入信号时晶体三极管截止，不存在电流。没有电流直流功率是零。等式无解： c= (Pac/Pdc)100% = 0W/0W100% 无意义 由于被零除没有定义，在这种状况下效率不能计算。但是，我们得出一个结论，乙类放大器象A放大器一样，没有输入信号时效率不等于零。 变压器耦合甲类功率放大晶体三极管要求有大的额定功率，缘由是晶体三极管总是被偏置在饱和电流的一半。例如制作一个100W的甲类放大器，就需要20

8、0W额定功率的晶体三极管。这是以下面的计算为基础。 c= (Pac/Pdc)100% = 100W/200W100% =50 % 由上式得出晶体三极管至少要承受200W功率；100W作为信号功率，另100W使晶体管发热。假如输入信号是零，将发生什么呢？输出信号是零；然而进入晶体三极管功率还是200W，并且都变成热。 在任意输入信号，输出没有失真之前电路的输入功率、输出功率、电路效率分别为： 上述各式中是电源电压、是输出电压的峰值、是输出电压的有效值、称电压利用系数。两管的集电极功耗： 经过理论分析表明，当输出电压的峰值达到电源电压的0.637(2/)时每管的功耗达到最大值，PC1max=PC2

9、max=(2/2)POmax0.2Pomax。因此，对于乙类放大器在同样沟通输出功率下，晶体三极管功率只需要甲类的五分之一。制作一个100W的放大器，在甲类放大器里，需要一个200W的晶体三极管。在乙类功率放大器中，直流输入功率PD不是常数，功率管消耗的功率也不是常数。设计一个输出功率为100W的推挽功率放大器，用两个额定耗散功率为20W的晶体管可以输出100W的功率，两个20W的晶体三极管的费用比一个200W的晶体三极管少许多。在大功率放大器中，这是乙类推挽放大器超过甲类放大器的一个显著的优点。 另外一个优点是散热片的尺寸小。在大功率工作时，一个晶体三极管的额定功率是以某个平安温度为基础的，晶体管是安装在一个给定的功率值的散热器上，乙类的设计仅需要甲类的散热片容量的五分之一。 在大功率工作中，许多状况是用乙类放大器，推挽电路消退大部分失真，但还存在固有的失真，这种失真被称为交越失真。 放射结的作用象个二极管，使硅晶体三极管的放射结导通电压是0.6V。这意味着在乙类推挽放大器中小于的0.6 V输入信号不被放大，放大器有一个1.2V的死区。放射结在导通点四周也是非线性的，如图1213所示，是个典型的放射结的电流特性。留意靠近0.6V正向偏置范围四周是弯曲的。当一个晶体管进入截止，另一个进入导通。这种弯曲使输出信号变形。在某些应用中，死