EL1503ES在多级放大电路中,输出的信号往往是送去驱动一定的装置。例如,这类装置包括收音机中扬声器的音圈、电动机的控制绕组、计算机或电视机显示器的扫描偏转线圈等。多级放大电路除了应有电压放大级外,还要求有一个能输出一定信号功率的输出级。这类主要用于向负载提供功率的放大电路常称为功率放大电路。前面所讨论的放大电路主要用于增强电压幅度或电流幅度,因而相应地称为电压放大电路或电流放大电路。但无论哪种放大电路,在负载上都同时存在输出电压、电流和功率,上述称呼上的区别只不过是强调输出量的不同而已。

本章以分析功率放大电路的输出功率、效率和非线性失真之间的矛盾为主线,逐步提出解决矛盾的措施。在电路方面,以互补对称功率放大电路为重点进行较详细的分析与计算。最后,对功率器件的散热问题、功率BJT、VMOS、DMOs管和集成功率放大器实例等也予以介绍。

功率放大电路的特点及主要研究对象,如前所述,放大电路实质上都是能量转换电路。从能量控制的观点来看,功率放大电路和电压放大电路没有本质的区别。但是,功率放大电路和电压放大电路所要完成的任务是不同的。对电压放大电路的主要要求是使其输出端得到不失真的电压信号,讨论的主要指标是电压增益、输人和输出阻抗等,输出的功率并不一定大。而功率放大电路则不同,它主要要求获得一定的不失真(或失真较小)的输出功率,因此功率放大电路包含着一系列在电压放大电路中没有出现过的特殊问题,这些问题是:

要求输出功率尽可能大,为了获得大的功率输出,要求功放管的电压和电流都有足够大的输出幅度,因此器件往往在接近极限运用状态下工作。

效率更高,由于输出功率大,因此直流电源消耗的功率也大,这就存在一个效率问

题。所谓效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。这

个比值越大,意味着效率越高。

非线性失真要小,功率放大电路是在大信号下工作,所以不可避免地会产生非线性失真,而且同一功放管输出功率越大,非线性失真往往越严重,这就使输出功率和非线性失真成为一对主要矛盾。但是,在不同场合下,对非线性失真的要求不同,例如,在测量系统和电声设备中,这个问题显得很重要,而在工业控制系统等场合中,则以输出功率为主要目的,对非线性失真的要求就降为次要问题了。

功率器件的散热问题,在功率放大电路中,有相当大的功率消耗在管子的集电结上,使结温和管壳温度升高。为了充分利用允许的管耗而使管子输出足够大的功率,放大器件的散热就成为一个重要问题。

此外,在功率放大电路中,为了输出较大的信号功率,器件承受的电压要高,通过的电流要大,功率管损坏的可能性也就比较大,所以功率管的损坏与保护问题也不容忽视。

在分析方法上,由于管子处于大信号下工作,故通常采用图解法。

功率放大电路提高效率的主要途径,从前面的讨论中可知,在电压放大电路中,输人信号在整个周期内都有电流流过放大器件,这种工作方式通常称为甲类放大。甲类放大的典型工作状态如图8.1.1a所示,此时0c≥0。在甲类放大电路中,电源始终不断地输送功率,在没有信号输入时,这些功率全部消耗在器件(和电阻)上,并转化为热量的形式耗散出去。当有信号输入时,其中一部分转化为有用的输出功率,信号愈大,输送给负载的功率愈多。通过下节射极输出器的讨论可以证明,甲类放大电路的效率较低。

怎样才能使电源供给的功率大部分转化为有用的信号功率输出呢?从甲类放大电路中知道,静态电流是造成管耗的主要因素。如果把静态工作点o向下移动,使信号等于零时电源供给的功率也减小,甚至为零,信号增大时电源q点下移对放大电路工作状态的影响,(a)甲类放大在一周期内jc)0 (b)甲乙类放大在-―周期内有半个周期以上jc>0 (c〉乙类放大在一个周期内只有半个周期jc>0.

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