功率放大電路知識(shí)-功率放大電路圖及用途詳解

功率放大電路簡(jiǎn)介

功率放大電路是一種以輸出較大功率為目的的放大電路。它一般直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載，帶載能力要強(qiáng)。功率放大電路通常作為多級(jí)放大電路的輸出級(jí)。

在很多電子設(shè)備中，要求放大電路的輸出級(jí)能夠帶動(dòng)某種負(fù)載，例如驅(qū)動(dòng)儀表，使指針偏轉(zhuǎn)；驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使之發(fā)聲；或驅(qū)動(dòng)自動(dòng)控制系統(tǒng)中的執(zhí)行機(jī)構(gòu)等。總之，要求放大電路有足夠大的輸出功率。這樣的放大電路統(tǒng)稱(chēng)為功率放大電路。

功率放大電路的基本原則

輸出功率大

要求輸出功率盡可能大為了獲得大的功率輸出，要求功放管的電壓和電流都有足夠大的輸出幅度，因此管子往往在接近極限運(yùn)用狀態(tài)下工作。

效率要高

效率要高由于輸出功率大，因此直流電源消耗的功率也大，這就存在一個(gè)效率問(wèn)題。所謂效率就是負(fù)載得到的有用信號(hào)功率和電源供給的直流功率的比值。這個(gè)比值越大，意味著效率越高。

非線(xiàn)性失真要小

非線(xiàn)性失真要求功率放大電路是在大信號(hào)下工作，所以不可避免地會(huì)產(chǎn)生非線(xiàn)性失真，而且同一功放管輸出功率越大，非線(xiàn)性失真往往越嚴(yán)重，這就使輸出功率和非線(xiàn)性失真成為一對(duì)主要矛盾。但是，在不同場(chǎng)合下，對(duì)非線(xiàn)性失真的要求不同，例如，在測(cè)量系統(tǒng)和電聲設(shè)備中，這個(gè)問(wèn)題顯得重要，而在工業(yè)控制系統(tǒng)等場(chǎng)合中，則以輸出功率為主要目的，對(duì)非線(xiàn)性失真的要求就降為次要問(wèn)題了。

散熱少

BJT的散熱問(wèn)題在功率放大電路中，有相當(dāng)大的功率消耗在管子的集電結(jié)上，使結(jié)溫和管殼溫度升高。為了充分利用允許的管耗而使管子輸出足夠大的功率，放大器件的散熱就成為一個(gè)重要問(wèn)題。

參數(shù)選擇

在功率放大電路中，為了輸出較大的信號(hào)功率，管子承受的電壓要高，通過(guò)的電流要大，功率管損壞的可能性也就比較大，所以功率管的參數(shù)選擇與保護(hù)問(wèn)題也不容忽視。

分析任務(wù)

功率放大電路的分析任務(wù)是：最大輸出功率、最高效率及功率三極管的安全工作參數(shù)。在分析方法上，由于管子處于大信號(hào)下工作，故通常采用圖解法。

功率放大電路用途詳解

下面我們介紹幾種常見(jiàn)的功率放大電路：

（一）功率放大電路-低頻電壓放大器

低頻電壓放大器是指工作頻率在 20 赫～ 20 千赫之間、輸出要求有一定電壓值而不要求很強(qiáng)的電流的放大器。

（1）共發(fā)射極放大電路

圖1（a）是共發(fā)射極放大電路。C1是輸入電容， C2是輸出電容，三極管VT就是起放大作用的器件，RB是基極偏置電阻 ,RC是集電極負(fù)載電阻。 1 、 3 端是輸入， 2 、 3 端是輸出。3端是公共點(diǎn)，通常是接地的，也稱(chēng)“地”端。靜態(tài)時(shí)的直流通路見(jiàn)圖 1（b），動(dòng)態(tài)時(shí)交流通路見(jiàn)圖1（c）。電路的特點(diǎn)是電壓放大倍數(shù)從十幾到一百多，輸出電壓的相位和輸入電壓是相反的，性能不夠穩(wěn)定，可用于一般場(chǎng)合。

（2）分壓式偏置共發(fā)射極放大電路

圖2比圖1多用3個(gè)元件。基極電壓是由RB1和RB2分壓取得的，所以稱(chēng)為分壓偏置。發(fā)射極中增加電阻RE和電容 CE ，CE稱(chēng)交流旁路電容，對(duì)交流是短路的； RE 則有直流負(fù)反饋?zhàn)饔谩Ｋ^反饋是指把輸出的變化通過(guò)某種方式送到輸入端，作為輸入的一部分。如果送回部分和原來(lái)的輸入部分是相減的，就是負(fù)反饋。圖中基極真正的輸入電壓是 RB2 上電壓和 RE 上電壓的差值，所以是負(fù)反饋。由于采取了上面兩個(gè)措施，使電路工作穩(wěn)定性能提高，是應(yīng)用最廣的放大電路。

（3）射極輸出器

圖3（a）是一個(gè)射極輸出器。它的輸出電壓是從射極輸出的。圖3（b）是它的交流通路圖，可以看到它是共集電極放大電路。

這個(gè)圖中，晶體管真正的輸入是Vi和Vo的差值，所以這是一個(gè)交流負(fù)反饋很深的電路。由于很深的負(fù)反饋，這個(gè)電路的特點(diǎn)是：電壓放大倍數(shù)小于1而接近1，輸出電壓和輸入電壓同相，輸入阻抗高輸出阻抗低，失真小，頻帶寬，工作穩(wěn)定。它經(jīng)常被用作放大器的輸入級(jí)、輸出級(jí)或作阻抗匹配之用。

（4）低頻放大器的耦合

一個(gè)放大器通常有好幾級(jí)，級(jí)與級(jí)之間的聯(lián)系就稱(chēng)為耦合。放大器的級(jí)間耦合方式有三種： ①RC 耦合，見(jiàn)圖4（a）。優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單、成本低。但性能不是最佳。 ②變壓器耦合，見(jiàn)圖 4（b）。優(yōu)點(diǎn)是阻抗匹配好、輸出功率和效率高，但變壓器制作比較麻煩。 ③直接耦合，見(jiàn)圖4（c）。優(yōu)點(diǎn)是頻帶寬，可作直流放大器使用，但前后級(jí)工作有牽制，穩(wěn)定性差，設(shè)計(jì)制作較麻煩。

（二）功率放大電路-功率放大器

能把輸入信號(hào)放大并向負(fù)載提供足夠大的功率的放大器叫功率放大器。例如收音機(jī)的末級(jí)放大器就是功率放大器。

（1）甲類(lèi)單管功率放大器

圖5是單管功率放大器， C1是輸入電容，T是輸出變壓器。它的集電極負(fù)載電阻 Ri′ 是將負(fù)載電阻RL通過(guò)變壓器匝數(shù)比折算過(guò)來(lái)的：

RC′= （ N1 N2 ）2 RL=N2RL

負(fù)載電阻是低阻抗的揚(yáng)聲器，用變壓器可以起阻抗變換作用，使負(fù)載得到較大的功率。

這個(gè)電路不管有沒(méi)有輸入信號(hào)，晶體管始終處于導(dǎo)通狀，靜態(tài)電流比較大，困此集電極損耗較大，效率不高，大約只有 35 ％。這種工作狀態(tài)被稱(chēng)為甲類(lèi)工作狀態(tài)。這種電路一般用在功率不太大的場(chǎng)合，它的輸入方式可以是變壓器耦合也可以是RC耦合。

（2）乙類(lèi)推挽功率放大器

圖6是常用的乙類(lèi)推挽功率放大電路。它由兩個(gè)特性相同的晶體管組成對(duì)稱(chēng)電路，在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，每個(gè)管子都處于截止?fàn)顟B(tài)，靜態(tài)電流幾乎是零，只有在有信號(hào)輸入時(shí)管子才導(dǎo)通，這種狀態(tài)稱(chēng)為乙類(lèi)工作狀態(tài)。當(dāng)輸入信號(hào)是正弦波時(shí)，正半周時(shí) VT1 導(dǎo)通 VT2 截止，負(fù)半周時(shí) VT2 導(dǎo)通 VT1 截止。兩個(gè)管子交替出現(xiàn)的電流在輸出變壓器中合成，使負(fù)載上得到純正的正弦波。這種兩管交替工作的形式叫做推挽電路。

乙類(lèi)推挽放大器的輸出功率較大，失真也小，效率也較高，一般可達(dá)60％。

（3）OTL功率放大器

目前廣泛應(yīng)用的無(wú)變壓器乙類(lèi)推挽放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)OTL電路，是一種性能很好的功率放大器。為了

易于說(shuō)明，先介紹一個(gè)有輸入變壓器沒(méi)有輸出變壓器的OTL電路，如圖7 。

這個(gè)電路使用兩個(gè)特性相同的晶體管，兩組偏置電阻和發(fā)射極電阻的阻值也相同。在靜態(tài)時(shí)，VT1、VT2流過(guò)的電流很小，電容C上充有對(duì)地為12Ec的直流電壓。在有輸入信號(hào)時(shí)，正半周時(shí)VT1導(dǎo)通， VT2截止，集電極電流ic1方向如圖所示，負(fù)載RL上得到放大了的正半周輸出信號(hào)。負(fù)半周時(shí) VT1 截止， VT2 導(dǎo)通，集電極電流ic2的方向如圖所示， RL上得到放大了的負(fù)半周輸出信號(hào)。這個(gè)電路的關(guān)鍵元件是電容器C，它上面的電壓就相當(dāng)于 VT2 的供電電壓。

以這個(gè)電路為基礎(chǔ)，還有用三極管倒相的不用輸入變壓器的真正OTL電路，用PNP管和NPN 管組成的互補(bǔ)對(duì)稱(chēng)式OTL電路，以及最新的橋接推挽功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)BTL電路等等。

（三）功率放大電路-直流放大器

能夠放大直流信號(hào)或變化很緩慢的信號(hào)的電路稱(chēng)為直流放大電路或直流放大器。測(cè)量和控制方面常用到這種放大器。

（ 1 ）雙管直耦放大器

直流放大器不能用 RC 耦合或變壓器耦合，只能用直接耦合方式。圖 8 是一個(gè)兩級(jí)直耦放大器。直耦方式會(huì)帶來(lái)前后級(jí)工作點(diǎn)的相互牽制，電路中在 VT2 的發(fā)射極加電阻 R E 以提高后級(jí)發(fā)射極電位來(lái)解決前后級(jí)的牽制。

直流放大器的另一個(gè)更重要的問(wèn)題是零點(diǎn)漂移。所謂零點(diǎn)漂移是指放大器在沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，由于工作點(diǎn)不穩(wěn)定引起靜態(tài)電位緩慢地變化，這種變化被逐級(jí)放大，使輸出端產(chǎn)生虛假信號(hào)。放大器級(jí)數(shù)越多，零點(diǎn)漂移越嚴(yán)重。所以這種雙管直耦放大器只能用于要求不高的場(chǎng)合。

（ 2 ）差分放大器

解決零點(diǎn)漂移的辦法是采用差分放大器，圖9是應(yīng)用較廣的射極耦合差分放大器。它使用雙電源，其中VT1和VT2的特性相同，兩組電阻數(shù)值也相同，RE有負(fù)反饋?zhàn)饔谩?shí)際上這是一個(gè)橋形電路，兩個(gè)R C和兩個(gè)管子是四個(gè)橋臂，輸出電壓V0從電橋的對(duì)角線(xiàn)上取出。沒(méi)有輸入信號(hào)時(shí)，因?yàn)?RC1=RC2 和兩管特性相同，所以電橋是平衡的，輸出是零。由于是接成橋形，零點(diǎn)漂移也很小。

差分放大器有良好的穩(wěn)定性，因此得到廣泛的應(yīng)用。

（四）功率放大電路-集成運(yùn)算放大器

集成運(yùn)算放大器是一種把多級(jí)直流放大器做在一個(gè)集成片上，只要在外部接少量元件就能完成各種功能的器件。因?yàn)樗缙谑怯迷谀M計(jì)算機(jī)中做加法器、乘法器用的，所以叫做運(yùn)算放大器。它有十多個(gè)引腳，一般都用有3個(gè)端子的三角形符號(hào)表示，如圖10 。它有兩個(gè)輸入端、 1 個(gè)輸出端，上面那個(gè)輸入端叫做反相輸入端，用“ — ”作標(biāo)記；下面的叫同相輸入端，用“＋”作標(biāo)記。

集成運(yùn)算放大器可以完成加、減、乘、除、微分、積分等多種模擬運(yùn)算，也可以接成交流或直流放大器應(yīng)用。在作放大器應(yīng)用時(shí)有：

（1）帶調(diào)零的同相輸出放大電路

圖11是帶調(diào)零端的同相輸出運(yùn)放電路。引腳 1 、11 、12是調(diào)零端，調(diào)整RP可使輸出端（8）在靜態(tài)時(shí)輸出電壓為零。9 、 6兩腳分別接正、負(fù)電源。輸入信號(hào)接到同相輸入端（5），因此輸出信號(hào)和輸入信號(hào)同相。放大器負(fù)反饋經(jīng)反饋電阻 R2 接到反相輸入端（4）。同相輸入接法的電壓放大倍數(shù)總是大于1的。

（ 2 ）反相輸出運(yùn)放電路

也可以使輸入信號(hào)從反相輸入端接入，如圖12 。如對(duì)電路要求不高，可以不用調(diào)零，這時(shí)可以把 3 個(gè)調(diào)零端短路。

輸入信號(hào)從耦合電容C1經(jīng)R1接入反相輸入端，而同相輸入端通過(guò)電阻R3接地。反相輸入接法的電壓放大倍數(shù)可以大于1 、等于1或小于1 。

（ 3 ）同相輸出高輸入阻抗運(yùn)放電路

圖13中沒(méi)有接入 R1 ，相當(dāng)于 R1 阻值無(wú)窮大，這時(shí)電路的電壓放大倍數(shù)等于 1 ，輸入阻抗可達(dá)幾百千歐。

放大電路讀圖要點(diǎn)和舉例

放大電路是電子電路中變化較多和較復(fù)雜的電路。在拿到一張放大電路圖時(shí)，首先要把它逐級(jí)分解開(kāi)，然后一級(jí)一級(jí)分析弄懂它的原理，最后再全面綜合。

圖14是一個(gè)助聽(tīng)器電路，實(shí)際上是一個(gè)4級(jí)低頻放大器。VT1、VT2之間和VT3、VT4之間采用直接耦合方式，VT和VT3之間則用RC耦合。為了改善音質(zhì)，VT1和VT3的本級(jí)有并聯(lián)電壓負(fù)反饋（R2和R7）。由于使用高阻抗的耳機(jī)，所以可以把耳機(jī)直接接在VT4的集電極回路內(nèi)。R6、C2是去耦電路，C6是電源濾波電容。

功率放大電路的工作狀態(tài)

甲類(lèi)：在放大電路中，當(dāng)輸入信號(hào)為正弦波時(shí)，若晶體管在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均導(dǎo)通（即導(dǎo)通角θ=360°），則稱(chēng)之工作在甲類(lèi)狀態(tài)；

乙類(lèi)：若晶體管僅在信號(hào)的正半周或負(fù)半周導(dǎo)通（即θ=180°），則稱(chēng)之工作在乙類(lèi)狀態(tài)；

甲乙類(lèi)：若晶體管的導(dǎo)通時(shí)間大于半個(gè)周期且小于一個(gè)周期（即θ=180°~360°之間），則稱(chēng)之工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)；

丙類(lèi)：若晶體管僅有小于半個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間（即θ=0°~180°），則稱(chēng)之工作在丙類(lèi)狀態(tài)。

聯(lián)系方式：鄒先生

聯(lián)系電話(huà)：0755-83888366-8022

手機(jī)：18123972950

QQ：2880195519

聯(lián)系地址：深圳市福田區(qū)車(chē)公廟天安數(shù)碼城天吉大廈CD座5C1

請(qǐng)搜微信公眾號(hào):“KIA半導(dǎo)體”或掃一掃下圖“關(guān)注”官方微信公眾號(hào)

請(qǐng)“關(guān)注”官方微信公眾號(hào):提供 MOS管 技術(shù)幫助