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功率放大器的基本知識

發布時間: 2021-12-27  點擊次數: 49次

功率放大器的基本知識


一般視聽電路中的功率放大(簡稱功放)電路是在電壓放大器之后,把低頻信號再進一步放大,以得到較大的輸出功率,最終用來推動揚聲器放音或在電視機中提供偏轉電流。

一、功率放大電流的特點

對功放電路的了解或評價,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。電路設計使用中首先要考慮怎樣充分地發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常接近極限值,所以功放電流調整和使用時要小心,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,例如收音機中功放耗電要占整機的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已經幾級放大,有足夠強度,這會使功放管工作點大幅度移動,所以要求功放電路有較大的動態范圍。功放管的工作點選擇不當,輸出會有嚴重失真。

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。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。它的特點是三極管靜態工作電流接近于零,放大器耗電及少。有信輸入時,電路工作電流雖大,但大部分功率都輸出到負載上,本身損耗卻不大,所以電源利用率較高。這個電路中每只三極管只在信號的半個周期內導通工作,為避免失真,所以采用兩只三極管協調工作的方式。圖中輸入變壓器B1的次級有一個接地的中心抽頭。在音頻信號輸入時,B1次級兩個大小相等、極性相反的信號分別送到BG1和BG2的發射結。在輸入信號的正半周時間里,BG1管因加的是反向偏壓而截止,只有BG2能將信號放大,從集電極輸出;而在信號負半周,BG1得到正高偏壓,能將這半個周期的信號放大輸出,而BG2卻截止。電路中的兩只三極管雖然各自放大了信號的半個同期,但它們的輸出電流是分先后通過輸出變壓器B2的,所以在B2的次級得到的感應電流又能全成一個完整的輸出信號。

這個功放電路中,為了解決阻抗匝配和信號相位等問題,輸入與輸出變壓器是不可少的。但是,優質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,使電路對不同頻率信號輸出很不均勻,會造成失真,所以為了提高功放質量,人們更多地使用無變壓器(OTL)功率放大電路。

圖2是互補對稱推挽功放電路原理圖。這里用了兩只放大性能相同,而導電極性相反的三極管(稱為互補管)。圖中BG1是NPN管。放大器輸入交流信號的正半周時,對BG1管來說,基極電壓為正極性,發射極為負極性,發射結有正向偏壓,三極管能夠工作。但BG2卻因發射結加了反向偏壓而截止。因此,信號的正半周由BG1管放大。在信號負半周時,情形正相反,BG2管能夠工作,將信號的負半周放大。放大后的信號由兩只三極管輪流送出,在揚聲器上重新合成完整的信號。

三 實際電路分析

推挽電路中的兩只三極管各放大信號的半個周期,這就要求兩管放大性能相近(β值相差10%以內),否則放大后的信號兩半周期幅度不同,將出現明顯失真。交越失真也是推挽電路的特有問題。象上面原理圖中的三極管都沒有加靜態偏流,在輸入信號很弱時,三極管放大能力很小,甚至會因發射結不能導通而失去放大作用。這樣每當輸入信號幅度接近零時,也就是在兩只推挽管輪換工作開始和終了的時候,輸出信號就不能很好銜接,出現嚴重失真。為了解決這些問題,在許多實際應用電路中,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是收音機中常用的功放電路。它的靜態工作電流由偏置電阻R8調整,一般兩管總靜態集電極電流為4~8mA。R10為負反饋電阻,用以減小失真并降低對三極管“配對"要求。為了減小輸入信號在R9、R10這兩電阻上的損失,它們的阻值都比較小。電容人C7用來改善音質。

圖4是紅巖牌電視機伴音功放電路。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,實際使用上很不方便,這里在負載揚聲器上串入一只大容量電容C64。對音頻電流來說,C64可以看成是通路。輸入信號正半周時,BG13管的輸出電流通過揚聲器對是C64充電,在它上面產生極性“左正右負"的電壓。在信號負半周時,BG13截止,電容C64即通過BG14和揚聲器放電,充當了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電流。電阻R73既是前級電壓放大管BG12(圖中未畫出)負載的一部分,又是互補功放管的基極偏流電阻。當BG12的輸出電流通過R73,及二極管BG39時,在它們上面產生的電壓降即為BG13、BG14兩管發射結偏壓之和(兩管發射極電阻很小,可忽略)。這個電壓的大小,決定了互補功放管的工作電流。R73阻值變化或是通過它的前級工作電流變化時,都會影響功放管的工作點,這是在調整時要注意的。

與R73串聯的二極管BG39是用來穩定互補管靜態工作點的。它是一只硅二極管,電流通過它時在上面產生0.7V左右的電壓降。環境溫度升高時,二極管的正向電阻降低,兩端的電壓降也會減小,便使互補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。電阻R74與二極管并聯,可防止二極管斷路損壞時,功放管因電流過大而燒毀。

電路中,電容C63有著很重要的作用。因為對音頻信號來說,電源可以看成是一個通路,所以BG13的集電極和BG14一樣是“交流接觸地"的。如果沒有C63,信號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C63以后,它對音頻信號也可看為通路,所以輸入信號對BG13是通過R72加在基極和發射極上;對BG14則是通過R73、R72加到基極和發射極上。這樣,電路就變成了增益高得多的“共發射極接法",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


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