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功率放大器功率放大器的应用本章小结第 4 章　功率放大器及其应用功率放大器简称功放，是一种向负载提供功率的放大器。一般多级放大器总要带动一定的负载，如扬声器、电动机、仪表指针等，这都需要输出一定的功率，因而一般多级放大器最后一级都要设置为功率放大器。多级放大器OUT差分放大器功率放大器，提供较强输出功率（电流）以驱动负载4.1 功率放大器主要要求： 1.掌握功率放大器的分类2.了解功率放大器的工作原理3.了解功率放大器的基本参数及应用功率放大器的基本特点1.输出功率足够大2.效率尽可能高放大器实质都是将电源的直流功率转化为负载输出的交变功率，转换效率是其重要性能指标，效率高、损耗小才是理想的功放。3.非线性失真尽可能小4.散热须良好消耗的那部分功率以热能形式散发。5.分析应用图解法，微变等效电路法不适用功放的工作于大信号输入状态，无法使用小信号的微变等效方法。4.1.1 　甲类功率放大器按照功放管的静态工作点位置不同，其工作状态可以分为甲类、乙类和甲乙类放大等形式。导通角π导通角π～2π导通角2πQ点在放大区正中央Q点在放大区与截止区临界Q点在放大区但接近截至区1.阻容耦合放大器三极管T的静态工作点位置必须居中，即工作于甲类放大状态，只有这样才能保证输出的电流、电压在线性放大区有最大摆动幅度，才输出最大不失真功率。A输出断路测量时，功放的最大不失真输出功率是指在正弦信号输入下，失真不超过额定要求时，电路输出最大信号功率，用最大输出电压有效值和最大输出电流的乘积表示。Pom为三角形ABQ的面积Ucem表示最大不失真的集电极－发射极正弦电压幅值，Icm表示集电极正弦电流的幅值。效率是功放的重要参数，是指负载得到的信号功率和电源供给的功率比值的百分数，即η＝Pom/PV，其中PV为直流电源提供的功率，为功放工作在甲类状态时电源供给功率与输出信号电流iC无关。即无论有无信号输入输出，电源供给功率是固定的。管耗即功放管消耗的功率，主要发生在发射极上，称为集电极耗散功率PT。此式说明电源供给功率由输出信号功率和管耗两部分组成，未加输入信号时管耗最大达到UCEQICQ，有信号输入则管耗减小，减小的部分就是输出功率Pom。电路如下，UCC＝12V，RL为一只8Ω的扬声器，求最大不失真输出功率、效率及功耗。例4.1.1[解]静态工作点为Q点20μA交流负载线上可知，最大不失真的Icm=20mA，Ucem=0.16V，故有虚线是更为理想的交流负载线Transformer2.变压器耦合单管功率放大器利用变压器的阻抗变换作用，可将负载电阻RL换算到变压器一次侧，对于理想变压器来说可以利用上式把交流负载电阻变换成所需数值。变压器的一次绕组直流电阻很小，Re电阻很小，故直流负载线几乎是竖直的，交横轴uCE于UCC点。可见其交流通路中，有交流负载线斜率-1/n2RL，交横轴于2UCC，交纵轴于2ICQ。此时输出功率最大，为此时效率也最大，为以上推倒过程均为理想状况下，故而可见甲类功放最高效率只有50%，一般变压器也存在损耗，以及管子饱和压降、Re上的压降等原因，实际效率还低得多。4.1.2 　推挽功率放大器欲提高功放效率，一是增加放大电路的动态范围以增加输出功率，二是减小电源供给功率，即是要求在UCC一定条件下减少静态电流ICQ，此时通常采用乙类或甲乙类推挽功放。为了防止降低单管Q点位置可能出现削波失真，需要NPN与PNP两个对管交替的放大，一推一拉，输出信号由两管输出信号拼接而成，故名推挽式功放。互补的、参数对称的对管。1.电路组成与工作原理当输入正弦信号时，正半周信号使VT1导通、VT2截止，负载上输出半个正弦波；负半周信号使VT1截止、VT2导通，负载上输出另半个正弦波。上述推挽功放中对管工作于甲乙类状态，而不是乙类状态，这是为了减少“交越失真”。由于乙类状态中，三极管静态Q点在截止点，没有基极偏流，而管子的输入特性有一段死区，且特性开始部分非线性比较严重，在两管交替工作时则有图（a）所示的交越失真现象。为了减少交越失真，可使对管工作点稍高于截止点，即在两管的发射结加上很小的正偏压，各管都有一个很小的静态电流IC，放大器工作于甲乙类状态，而不会对效率有很大影响。2.输出功率、效率的估算在忽略静态电流IC、饱和压降UCES和穿透电流ICEO条件下，可将理想对管按乙类估算，且只分析一个管子的情况就可以了。则最大输出功率为UCES≈0，可以忽略。直流电源供给功率为可见，电源供给的功率随输入、输出信号的大小自动调节，显然效率要高于甲类功放。则电路在最大输出功率时的效率为推挽式功放效率比甲类单管功放高了很多。以上功放都是变压器耦合式功放，具有体积大、不易集成，频率窄，有功率损耗，易产生自激等缺点，无输出变压器功放才是发展趋势。4.1.3 　互补对称功率放