功率放大器

定义:功率放大器基本上是用来增强输入信号的功率等级。功率放大器又称大信号放大器，因为为了在输出端获得较大的功率，所要求的输入信号电压也必须很大。

的晶体管用于功率放大器的称为功率晶体管。

功率放大器的关键术语

• 收集器效率:效率基本上是通过在输出处将直流电转换为交流电的能力来衡量的。这是交流输出功率与直流输出功率之比从供应。
• 功率耗散能力:定义为散发所产生热量的能力操作过程中由设备控制。由于功率晶体管是为处理大电流而设计的，所以它的升温速度很快。所以，有必要消散它所产生的热量。
• 失真:失真可定义为从输入到输出的变化在操作期间。通常建议使用无失真输出。

功率放大器的阶段:

为了提供必要的功率放大，功率放大器包括以下三个阶段，如下所示:

第一阶段:电压放大阶段由于换能器开发的输入信号值很低，而输出信号需要较高的值，所以输入信号在功率放大器的第一级被放大。

在这里，我们使用了两级电压放大器，以便将低值输入放大到所需的电平。

第二阶段:驾驶员阶段:从电压放大器得到的放大电压被馈送到驱动级，以提供最大的功率增益，并方便阻抗匹配。

第三阶段:输出阶段这个阶段主要由功率放大器组成，负责将最大的功率传递到输出设备。

功率放大器的分类

功率放大器被分为不同的类别，它们显示了输出信号相对于应用的输入信号的变化。

A类

在这类功率放大器中，整个输入周期的输出电流为360﮲。它只作用于线性区域作为工作点的负载是这样选择的，使我们得到与输入一样精确的输出。

这里，最大可能的效率是50%。当我们只是想要一个无失真的输出时，可以使用这个类。

在整个输入信号中，晶体管保持正偏压模式。在这类晶体管中，晶体管一直处于有源模式，这导致产生过多的热量，从而导致效率降低。

我们来看看a类放大器的电路图和基本操作:

当输入电压作用于CE模式晶体管的基极时，它会导致基极电流的变化，即I的变化_B在集电极电流中产生类似的变化，并且输出在负载之间。

施加的输入使集电极电流从最大值到最小值波动，从而使Q点沿着负载线移动。

优势:

• 它提供无失真放大。
• 小信号可以放大。

缺点:

• 集电极效率低。
• 输出功率低。
• 由于产生过多的热量，需要散热器，这使得它们昂贵和笨重。

B类

在这种类型中，晶体管以这样一种方式偏压电流仅在正半输入周期内流动。在这种方法中，使用两个互补的晶体管来接收相同大小但相位相反的输入信号。

当输入加在变压器的中心抽接次级时，它产生两个相同的相反相位的信号，两个晶体管由这两个输入信号驱动。

下面将进一步讨论该操作:

当V₁积极,V₂负的，导致Q1导通Q2进入关闭模式。当Q1的集电极电流增加时，它产生输入信号的一半为正。

当V₁变成负的V₂进入正极，Q2自动开始传导，Q1进入关闭模式。当Q2的集电极电流增加时，它产生另外一半的电压信号。

这两个晶体管的操作因此产生一个输出为完整的正弦波。

当没有任何输入信号时，晶体管都进入关闭模式，没有电流产生。这就防止了晶体管不必要的工作，从而减少了器件过热的机会。

B类的工作导致交叉失真因为我们知道晶体管需要0。7v的电压来启动它的导通，所以晶体管在0。7v以下不会有反应。这意味着这部分波不会在输出处得到再现，导致输出失真。

这种过零失真称为交叉失真。

优势:

• 它比A类功放效率更高。
• 由于推挽机制，甚至谐波是避免。

缺点:

• 它会导致交叉失真。
• 由于耦合变压器的存在，增加了成本和尺寸。

AB类

它是a类和B类功率放大器的组合。这门课基本上介绍了消除B类中出现的交叉失真。

在这种类型中传导角度介于180﮲到360之间﮲。在这里，晶体管偏置是这样一种方式，工作点Q位于接近截止电压。

集电极电流在输入周期的一半以上流动，这意味着它只在输入周期的正极部分导电。对于负半周的一小部分，当输入电路变成正向偏置。

但是当晶体管反向偏置时，导电在负半周期的一小部分停止。

它的效率介于50%到60%

优势:

• 它消除了交叉失真。
• 它比B类更便宜

缺点:

• 效率很低。
• 在输出端有可能存在直流分量。

C类

这类功率放大器的设计目的是提供大约最高的效率80%。这些是有偏置的，以这样一种方式，它的工作低于180﮲的输入信号，但在谐振频率调谐电路的情况下提供完整的输出信号。

这类放大器在固定频率下使用有限。这类的失真较高，所以不适合音频应用。

集电极电流小于输入信号的半周。晶体管保持空闲并且在输入周期的一半以上不导电。

优势:

• 功率放大器提供更高的效率。
• 系统的物理大小很小。

缺点:

• 这对于音频应用程序来说并不好。
• 功率放大器的线性度很低。

类D

它主要用于我们必须操作一个数字或脉冲型信号。从理论上讲,它提供了超过90%电流通过晶体管时的效率。

优势:

• 效率高。
• 功耗低。

缺点:

• 复杂的系统设计。

通过使用D类技术，放大器可以发送几百瓦的负载。其更高的效率提供了强大的功放和良好的音质。