乙類功率放大器分析

摘 要：電壓放大器在小信號(hào)狀態(tài)下工作，分析的主要指標(biāo)有輸入輸出電阻和電壓放大倍數(shù)。功率放大器在大信號(hào)狀態(tài)下工作，分析的主要指標(biāo)有輸出功率、管耗和效率，但這些指標(biāo)參數(shù)與輸出電壓的大小有關(guān)，是輸出電壓的函數(shù)，因此可以通過(guò)分析功率放大器輸出電壓來(lái)分析功率放大器的主要指標(biāo)參數(shù)。

關(guān)鍵詞：功率放大器；輸出電壓；指標(biāo)參數(shù)

功率放大電路是以輸出較大功率為目的的，因此功率放大器分析的主要指標(biāo)有輸出功率、電源利用率和管耗。功率放大器分為甲類功放和乙類功放，乙類功放由于效率高，因此獲得廣泛應(yīng)用，下面以乙類功放為例來(lái)進(jìn)行分析。

1 乙類功率放大器電路組成

如圖1 所示為乙類功率放大器電路圖，電路采用絕對(duì)值相等的雙電源供電，VT1管和VT2管特性對(duì)稱，一個(gè)為NPN管，另一個(gè)為PNP管，VT1管和VT2管射極輸出，組成射極輸出器。

2 乙類功率放大器工作原理

靜態(tài)時(shí)，ui=0，uo=0，兩三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，負(fù)載上無(wú)電流流過(guò)。

當(dāng)輸入信號(hào)工作在正半周時(shí)，ui>0時(shí)，VT1管導(dǎo)通，VT2管截止，VT1承擔(dān)放大任務(wù)，有正向電流信號(hào)從UCC經(jīng)過(guò)VT1通過(guò)負(fù)載RL。

當(dāng)輸入信號(hào)工作在負(fù)半周時(shí)，ui<0時(shí)，VT1管截止，VT2管導(dǎo)通，VT2承擔(dān)放大任務(wù)，有反向電流信號(hào)從-UCC經(jīng)過(guò)VT2通過(guò)負(fù)載RL。

由于iC1，iC2輪流通過(guò)負(fù)載，而且大小相等，方向相反，所以在負(fù)載上就得到一個(gè)完整的正弦波形。

3 乙類功率放大器輸出電壓

3.1 輸出電壓的大小

由于乙類功率放大器三極管組成電壓跟隨器，輸出電壓跟隨輸入電壓變化而變化，若忽略三極管發(fā)射結(jié)管壓降，則輸出電壓約等于輸入電壓，即Uom≈Uim。

3.2 輸出電壓的極限值

隨著輸入電壓的增大，輸出電壓也跟隨增大，但輸出電壓增大會(huì)受到電源電壓的限制，若忽略三極管集電結(jié)管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom≈UCC，若考慮三極管集電結(jié)管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom=UCC-UCES。

4 乙類功率放大器輸出電流

4.1 輸出電流的最大值

輸出電流的最大值等于輸出電壓的最大值除以負(fù)載電阻，

4.2 輸出電流的平均值

設(shè)輸出電壓為u0=Uomsin？棕t，則輸出電流的平均值為

5 乙類功率放大器輸出功率

輸出功率等于輸出電壓有效值Uo和輸出電流有效值Io的乘積。

5.1 輸出功率的大小

輸入電壓較小時(shí)，輸出電壓跟隨輸入電壓變化而變化，輸出功率跟隨輸入電壓變化而變化，輸出功率為

5.2 輸出功率的極限值

考慮三極管集電結(jié)管壓降時(shí)，輸出電壓的極限值為Uom=UCC-UCES，輸出功率的極限值為

若忽略三極管集電結(jié)管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom=UCC，輸出功率的極限值為

6 電源提供的功率

電源電壓為直流，電壓Ucc是恒定不變的，而電源提供的平均電流所以電源提供的功率為

7 管耗

每管消耗的功率為

這是一個(gè)以Uom為變量的二次函數(shù)，其頂點(diǎn)坐標(biāo)為，所以三極管的最大耗散功率為

8 乙類功率放大器關(guān)系曲線

如圖2所示為乙類功放電源功率、輸出功率、管耗與輸出電壓的關(guān)系曲線。電源功率曲線是一條以Uom為變量的直線，電源功率與輸出電壓成正比，輸出電壓越大，直流電源提供的功率就越大；管耗曲線是以輸出電壓為變量的二次函數(shù)，是一條開(kāi)口向下的拋物，因此管耗具有最大值，最大管耗約為最大輸出功率的0.2倍；輸出功率曲線是以輸出電壓為變量的二次函數(shù)，是一條開(kāi)口向上的拋物線，輸出電壓最大時(shí)輸出功率最大。

參考文獻(xiàn)

[1]余輝晴.模擬電子技術(shù)教程[M].電子工業(yè)出版社，2014.

[2]康華光.電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2013.

[3]華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].高等教育出版社，2006.

作者簡(jiǎn)介：余輝晴（1962-），男，江西九江人，寧波工程學(xué)院副教授，研究方向：高等教育管理。