功率放大器的特點(diǎn)及分類

    一個(gè)實(shí)用的電子放大系統(tǒng)都是一個(gè)多級的放大電路，在實(shí)際應(yīng)用中，要求這種多級放大電路的輸出級能帶動(dòng)一定的負(fù)載，如使揚(yáng)聲器發(fā)出聲音；推動(dòng)電動(dòng)機(jī)旋轉(zhuǎn)；使電視機(jī)中熒光屏上的光點(diǎn)隨信號偏轉(zhuǎn)；使蜂窩移動(dòng)系統(tǒng)中的基站發(fā)射機(jī)中的天線有較大的輻射功率等等。這就要求多級放大電路的輸出級能夠給負(fù)載提供足夠大的信號功率，我們一般將這樣的輸出級稱為功率放大器，簡稱功放。

雖然功放與電壓放大電路沒有本質(zhì)的區(qū)別，但應(yīng)注意到，它們所要完成的任務(wù)是不同的。電壓放大電路的目標(biāo)是使負(fù)載得到較大的不失真的電壓信號，它是“小信號”放大，以微變等效電路分析方法為主。而功放的目標(biāo)是向負(fù)載提供足夠大的功率，它工作于“大信號”狀態(tài)，通常采用圖解法來分析。

6.1.1 功率放大器的特點(diǎn)

1.輸出功率要大

功率放大器的主要任務(wù)是在允許的非線性失真范圍內(nèi)，盡可能大的輸出交流功率以推動(dòng)負(fù)載工作。為此，功放管一般工作在大信號狀態(tài)，以不超過管子的極限參數(shù)（ICM、

U（BR）CEO、PCM）為限度，因此功放管安全工作就成為功放的重要問題。

2.效率η要高

功率放大器的輸出功率是由直流電源功率轉(zhuǎn)換而來的。在轉(zhuǎn)換過程中，一部分轉(zhuǎn)換為負(fù)載的有用功率，即輸出功率；另一部分則成為晶體管的損耗，使集電結(jié)發(fā)熱。通常把這種轉(zhuǎn)換稱為功率放大器的效率，用η表示。

η=Po/Pe*100﹪ (6.1)

式中，Po為放大器向負(fù)載提供的交流輸出功率；

PE為直流電源提供的直流功率。

功放要求高效率地工作，一方面是為了提高輸出功率，另一方面是為了降低管耗

Pc=Pe-Po (6.2)



管耗過大將使功放管發(fā)熱損壞。所以對于功放提高功率也是一個(gè)重要問題。



3.非線性失真要小

功率放大電路是在大信號下工作的，信號的作用范圍接近晶體管的截止區(qū)和飽和區(qū)，將使功率放大器不可以避免地產(chǎn)生較大的非線性失真。而且同一功率管輸出功率越大，非線性失真往往越嚴(yán)重。因此，功率放大器的輸出功率，就是在規(guī)定的非線性失真范圍內(nèi)的最大輸出功率。

4.功率管的散熱和保護(hù)

(1) 功率管的散熱

在功放中，晶體管的集電結(jié)消耗較大的功率使結(jié)溫和管殼溫度升高。當(dāng)溫度超過手冊中規(guī)定的允許結(jié)溫時(shí)，管子就會(huì)因過熱而不能正常工作，甚至損壞。要充分發(fā)揮管子的潛力，就要?jiǎng)?chuàng)造一個(gè)良好的散熱條件，使熱阻減小，最常用的是加裝散熱片。散熱片是由導(dǎo)熱性能良好的金屬鋁制成的，其散熱能力與散熱片的面積、厚度、形狀、放置方式、環(huán)境溫度有關(guān)。此外，為了得到較好的散熱效果，必須保證散熱片與管殼有良好的接觸，有效的接觸面積盡可能大，散熱片應(yīng)涂成黑色，以易于吸熱、散熱。

(2) 功放管的保護(hù)電路

在功放電路中，為了輸出較大的信號功率，功放管往往工作在大電流和高電壓的情況下，功放管損壞的幾率比較大，采取措施保護(hù)功放管也是功放電路要考慮的問題。限制管耗的常用方法是限制流過功放管的輸出電流I0，針對這一思路，我們有相應(yīng)的保護(hù)電路，這里舉一個(gè)常見的二極管輸出限流保護(hù)電路為例。

如圖6.2所示電路中采用二極管輸出限流保護(hù)電路。D3、D4是附加的限流二極管。正常情況下， D3、D4不起作用。如果正向電流過大，則RE2上的壓降增大，使D3正向偏置，由截止變?yōu)閷?dǎo)通，從而分去T2的一部分基極電流，使輸出電流減小。最大輸出電流約為

IcMax=Ud2/Re2   (6.3)

如果設(shè)UD3≈0.6V，RE2=10V，則IOMAX≈60MA。由于D3≈16V，具有負(fù)的溫度系數(shù)，因此當(dāng)環(huán)境溫度升高時(shí)，二極管的正向電壓降低，從而使輸出電流的最大值也相應(yīng)減小，這也有利于控制功放管的結(jié)溫不致于升高。如果負(fù)向電流過大，則D4導(dǎo)通，其保護(hù)原理不再贅述。