您好, 歡迎來(lái)到化工儀器網(wǎng)
功率放大器的基本知識(shí)
功率放大器的基本知識(shí)
一般視聽(tīng)電路中的功率放大（簡(jiǎn)稱功放）電路是在電壓放大器之后，把低頻信號(hào)再進(jìn)一步放大，以得到較大的輸出功率，最終用來(lái)推動(dòng)揚(yáng)聲器放音或在電視機(jī)中提供偏轉(zhuǎn)電流。
一、功率放大電流的特點(diǎn)
對(duì)功放電路的了解或評(píng)價(jià)，主要從輸出功率、效率和失真這三方面考慮。
1、為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的三極管，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設(shè)計(jì)使用中首先要考慮怎樣充分地發(fā)揮三極管功能而又不損壞三極管。由于電路中功放管工作狀態(tài)常接近極限值，所以功放電流調(diào)整和使用時(shí)要小心，不宜超限使用。
2、從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機(jī)中功放耗電要占整機(jī)的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。
3、功放電路的輸入信號(hào)已經(jīng)幾級(jí)放大，有足夠強(qiáng)度，這會(huì)使功放管工作點(diǎn)大幅度移動(dòng)，所以要求功放電路有較大的動(dòng)態(tài)范圍。功放管的工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，輸出會(huì)有嚴(yán)重失真。
二、常用功率放大電路的原理
單只三極管輸出的功放電路輸出小、效率低，日用電器中已很少見(jiàn)。目前常采用的是推挽電路形式。
圖1是用耦合變壓器的推挽電路原理圖。它的特點(diǎn)是三極管靜態(tài)工作電流接近于零，放大器耗電及少。有信輸入時(shí)，電路工作電流雖大，但大部分功率都輸出到負(fù)載上，本身?yè)p耗卻不大，所以電源利用率較高。這個(gè)電路中每只三極管只在信號(hào)的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通工作，為避免失真，所以采用兩只三極管協(xié)調(diào)工作的方式。圖中輸入變壓器B1的次級(jí)有一個(gè)接地的中心抽頭。在音頻信號(hào)輸入時(shí)，B1次級(jí)兩個(gè)大小相等、極性相反的信號(hào)分別送到BG1和BG2的發(fā)射結(jié)。在輸入信號(hào)的正半周時(shí)間里，BG1管因加的是反向偏壓而截止，只有BG2能將信號(hào)放大，從集電極輸出；而在信號(hào)負(fù)半周，BG1得到正高偏壓，能將這半個(gè)周期的信號(hào)放大輸出，而B(niǎo)G2卻截止。電路中的兩只三極管雖然各自放大了信號(hào)的半個(gè)同期，但它們的輸出電流是分先后通過(guò)輸出變壓器B2的，所以在B2的次級(jí)得到的感應(yīng)電流又能全成一個(gè)完整的輸出信號(hào)。
這個(gè)功放電路中，為了解決阻抗匝配和信號(hào)相位等問(wèn)題，輸入與輸出變壓器是不可少的。但是，優(yōu)質(zhì)變壓器的制作在材料和工藝上都比較困難，它本身總還要消耗一部分能量，降低電路的效率，而且變壓器的頻率特性不好，使電路對(duì)不同頻率信號(hào)輸出很不均勻，會(huì)造成失真，所以為了提高功放質(zhì)量，人們更多地使用無(wú)變壓器（OTL）功率放大電路。
圖2是互補(bǔ)對(duì)稱推挽功放電路原理圖。這里用了兩只放大性能相同，而導(dǎo)電極性相反的三極管（稱為互補(bǔ)管）。圖中BG1是NPN管。放大器輸入交流信號(hào)的正半周時(shí)，對(duì)BG1管來(lái)說(shuō)，基極電壓為正極性，發(fā)射極為負(fù)極性，發(fā)射結(jié)有正向偏壓，三極管能夠工作。但BG2卻因發(fā)射結(jié)加了反向偏壓而截止。因此，信號(hào)的正半周由BG1管放大。在信號(hào)負(fù)半周時(shí)，情形正相反，BG2管能夠工作，將信號(hào)的負(fù)半周放大。放大后的信號(hào)由兩只三極管輪流送出，在揚(yáng)聲器上重新合成完整的信號(hào)。
三 實(shí)際電路分析
推挽電路中的兩只三極管各放大信號(hào)的半個(gè)周期，這就要求兩管放大性能相近（β值相差10%以內(nèi)），否則放大后的信號(hào)兩半周期幅度不同，將出現(xiàn)明顯失真。交越失真也是推挽電路的*問(wèn)題。象上面原理圖中的三極管都沒(méi)有加靜態(tài)偏流，在輸入信號(hào)很弱時(shí)，三極管放大能力很小，甚至?xí)虬l(fā)射結(jié)不能導(dǎo)通而失去放大作用。這樣每當(dāng)輸入信號(hào)幅度接近零時(shí)，也就是在兩只推挽管輪換工作開(kāi)始和終了的時(shí)候，輸出信號(hào)就不能很好銜接，出現(xiàn)嚴(yán)重失真。為了解決這些問(wèn)題，在許多實(shí)際應(yīng)用電路中，都要為三極管加上很小的正偏壓，使電路既高效又能減小失真。
圖3是收音機(jī)中常用的功放電路。它的靜態(tài)工作電流由偏置電阻R8調(diào)整，一般兩管總靜態(tài)集電極電流為4～8mA。R10為負(fù)反饋電阻，用以減小失真并降低對(duì)三極管“配對(duì)"要求。為了減小輸入信號(hào)在R9、R10這兩電阻上的損失，它們的阻值都比較小。電容人C7用來(lái)改善音質(zhì)。
圖4是紅巖牌電視機(jī)伴音功放電路。與原理圖3相比，它有下面幾處不同：
原理圖中用兩組電源供電，實(shí)際使用上很不方便，這里在負(fù)載揚(yáng)聲器上串入一只大容量電容C64。對(duì)音頻電流來(lái)說(shuō)，C64可以看成是通路。輸入信號(hào)正半周時(shí)，BG13管的輸出電流通過(guò)揚(yáng)聲器對(duì)是C64充電，在它上面產(chǎn)生極性“左正右負(fù)"的電壓。在信號(hào)負(fù)半周時(shí)，BG13截止，電容C64即通過(guò)BG14和揚(yáng)聲器放電，充當(dāng)了BG14的電源。這樣只用一組電源，就能使電路正常工作。
為了減小失真，電路也要為三極管提供靜態(tài)電流。電阻R73既是前級(jí)電壓放大管BG12（圖中未畫(huà)出）負(fù)載的一部分，又是互補(bǔ)功放管的基極偏流電阻。當(dāng)BG12的輸出電流通過(guò)R73，及二極管BG39時(shí)，在它們上面產(chǎn)生的電壓降即為BG13、BG14兩管發(fā)射結(jié)偏壓之和（兩管發(fā)射極電阻很小，可忽略）。這個(gè)電壓的大小，決定了互補(bǔ)功放管的工作電流。R73阻值變化或是通過(guò)它的前級(jí)工作電流變化時(shí)，都會(huì)影響功放管的工作點(diǎn)，這是在調(diào)整時(shí)要注意的。
與R73串聯(lián)的二極管BG39是用來(lái)穩(wěn)定互補(bǔ)管靜態(tài)工作點(diǎn)的。它是一只硅二極管，電流通過(guò)它時(shí)在上面產(chǎn)生0.7V左右的電壓降。環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向電阻降低，兩端的電壓降也會(huì)減小，便使互補(bǔ)管的基極偏壓跟著降低，抵消了工作電流因溫升而增大的趨勢(shì)。電阻R74與二極管并聯(lián)，可防止二極管斷路損壞時(shí)，功放管因電流過(guò)大而燒毀。
電路中，電容C63有著很重要的作用。因?yàn)閷?duì)音頻信號(hào)來(lái)說(shuō)，電源可以看成是一個(gè)通路，所以BG13的集電極和BG14一樣是“交流接觸地"的。如果沒(méi)有C63，信號(hào)將從基極和集電極之間送入。這種以集電極為輸入和輸出信號(hào)公共端的“共集電極接法"增益較低，不宜用在功放電路中。接進(jìn)C63以后，它對(duì)音頻信號(hào)也可看為通路，所以輸入信號(hào)對(duì)BG13是通過(guò)R72加在基極和發(fā)射極上；對(duì)BG14則是通過(guò)R73、R72加到基極和發(fā)射極上。這樣，電路就變成了增益高得多的“共發(fā)射極接法"，大大提高了輸出功率。電阻R71的作用是起隔離作用，不使DG13的集電