功率放大電路的特點(diǎn)

1. 大功率輸出能力

功率放大電路的核心功能是將低電平信號(hào)放大到較高的功率水平，以便驅(qū)動(dòng)較大的負(fù)載。這一特點(diǎn)使得功率放大電路在音頻、視頻、射頻以及電機(jī)驅(qū)動(dòng)等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。通過(guò)放大信號(hào)的功率，功率放大電路能夠確保信號(hào)在傳輸過(guò)程中不會(huì)因?yàn)樗p而失真，同時(shí)滿足負(fù)載對(duì)功率的需求。

• 應(yīng)用場(chǎng)景 ：在音頻系統(tǒng)中，功率放大電路用于驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，使聲音能夠清晰地傳播；在視頻系統(tǒng)中，則用于驅(qū)動(dòng)顯示設(shè)備，確保圖像質(zhì)量不受影響；在射頻通信中，功率放大電路則用于增強(qiáng)信號(hào)的發(fā)射功率，提高通信距離和質(zhì)量。
• 技術(shù)細(xì)節(jié) ：為了實(shí)現(xiàn)大功率輸出，功率放大電路通常采用多級(jí)放大結(jié)構(gòu)，每一級(jí)都負(fù)責(zé)將信號(hào)的功率放大到一定程度。同時(shí)，電路中的放大器需要具有足夠的電流和電壓驅(qū)動(dòng)能力，以確保在放大過(guò)程中信號(hào)不失真。

2. 寬頻帶特性

功率放大電路能夠處理寬帶信號(hào)，包括音頻、視頻和通信信號(hào)等。這一特點(diǎn)要求功率放大電路在設(shè)計(jì)時(shí)必須考慮信號(hào)的頻率范圍，以確保在整個(gè)頻帶內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)良好的放大效果。

• 重要性 ：在音頻和視頻系統(tǒng)中，信號(hào)的頻率范圍往往較寬，從低頻到高頻都需要得到良好的放大。如果功率放大電路的頻帶不夠?qū)?，就可能?dǎo)致部分頻率的信號(hào)被削弱或失真，從而影響整體的聲音或圖像質(zhì)量。
• 技術(shù)實(shí)現(xiàn) ：為了實(shí)現(xiàn)寬頻帶特性，功率放大電路通常采用負(fù)反饋技術(shù)來(lái)穩(wěn)定放大器的增益和相位特性。同時(shí)，電路中的元件選擇也需要考慮其頻率響應(yīng)特性，以確保在整個(gè)頻帶內(nèi)都能實(shí)現(xiàn)一致的放大效果。

3. 高效率

功率放大電路的效率是指輸出功率與輸入功率之比。高效率的功率放大電路能夠減少能量損耗和熱量產(chǎn)生，提高電路的可靠性和壽命。

• 重要性 ：在功率放大電路中，由于需要處理較大的功率信號(hào)，因此能量損耗和熱量產(chǎn)生是不可避免的。如果效率過(guò)低，就會(huì)導(dǎo)致大量的能量被浪費(fèi)在電路內(nèi)部，同時(shí)還會(huì)引起電路元件的溫升過(guò)高，從而影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。
• 技術(shù)實(shí)現(xiàn) ：為了提高效率，功率放大電路通常采用開(kāi)關(guān)電源技術(shù)或諧振放大技術(shù)等高效能技術(shù)。這些技術(shù)能夠減少電路中的能量損耗和熱量產(chǎn)生，同時(shí)提高輸出功率和效率。

4. 低失真

功率放大電路在放大信號(hào)的過(guò)程中應(yīng)盡可能減少失真現(xiàn)象的發(fā)生。失真是指輸出信號(hào)的波形與輸入信號(hào)的波形之間的差異。

• 重要性 ：在音頻和視頻系統(tǒng)中，失真會(huì)直接影響聲音和圖像的質(zhì)量。如果失真過(guò)大，就會(huì)導(dǎo)致聲音變得渾濁不清或圖像變得模糊不清。
• 技術(shù)實(shí)現(xiàn) ：為了降低失真現(xiàn)象的發(fā)生，功率放大電路通常采用線性放大技術(shù)或負(fù)反饋技術(shù)等方法來(lái)提高放大器的線性度和穩(wěn)定性。同時(shí)，電路中的元件選擇也需要考慮其非線性特性對(duì)失真的影響。

5. 可靠性和穩(wěn)定性

功率放大電路需要具有高可靠性和穩(wěn)定性，以確保在長(zhǎng)期使用過(guò)程中能夠保持穩(wěn)定的性能。

• 重要性 ：在電子設(shè)備中，功率放大電路往往是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。如果其可靠性和穩(wěn)定性不足，就可能導(dǎo)致整個(gè)系統(tǒng)出現(xiàn)故障或失效。
• 技術(shù)實(shí)現(xiàn) ：為了提高可靠性和穩(wěn)定性，功率放大電路通常采用高質(zhì)量的元件和先進(jìn)的制造工藝來(lái)降低故障率。同時(shí)，還需要進(jìn)行嚴(yán)格的測(cè)試和篩選工作以確保電路的性能符合要求。

6. 多種工作狀態(tài)

功率放大電路可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的工作狀態(tài)以實(shí)現(xiàn)最佳的放大效果。

• 甲類工作狀態(tài) ：在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管均導(dǎo)通（導(dǎo)通角θ=360°），適用于對(duì)失真要求較高的場(chǎng)合。但此時(shí)效率較低且功耗較大。
• 乙類工作狀態(tài) ：晶體管僅在信號(hào)的正半周或負(fù)半周導(dǎo)通（導(dǎo)通角θ=180°），效率較高但可能出現(xiàn)交越失真。
• 甲乙類工作狀態(tài) ：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（180°<θ<360°），是甲類和乙類工作狀態(tài)的一種折中方案既能獲得較高的效率又能降低失真程度。
• 丙類工作狀態(tài) ：晶體管僅有小于半個(gè)周期的導(dǎo)通時(shí)間（θ<180°），效率最高但失真也最大通常用于高頻信號(hào)的放大和調(diào)制。

常用功率放大電路原理
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，放大器耗電極少。**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BG2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特有問(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)。

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)，可防止二極管短路損壞時(shí)，功放管因電流過(guò)大而燒毀。

功率放大電路是電子技術(shù)中的一個(gè)重要組成部分，其主要任務(wù)是將輸入信號(hào)放大到足夠的功率，以驅(qū)動(dòng)負(fù)載工作。在許多應(yīng)用中，如音頻放大器、無(wú)線通信、電源管理等，都需要使用功率放大電路。