什么是功率放大器

定义

功率放大器基本上是用来增强输入信号的功率电平的。功率放大器也称为大信号放大器,因为为了在输出端获得大功率,所需的输入信号电压也必须很大。功率放大器中使用的晶体管称为功率晶体管。

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端将直流电源转换为交流电源的能力来衡量的。它是交流输出功率与电源直流功率的比率
  • 功耗能力:定义为在运行过程中散发设备产生的热量的能力。由于功率晶体管设计用于处理大电流,因此它会快速升温。因此,有必要消散其中产生的热量。
  • 失真:失真可以定义为操作期间输入输出中发生的变化。始终建议具有无失真输出。

功率放大器的级数:

为了提供必要的功率放大,功率放大器由以下三级组成,如下所示:
功率放大器框图
阶段1:电压放大阶段:由于传感器产生的输入信号值非常低,并且输出端需要更高值的信号,因此输入信号在功率放大器的第一级被放大。
在这里,我们使用两级电压放大器,以便将低值输入放大到所需水平。
第2级:驱动器级:从电压放大器获得的放大电压被馈送到驱动器级,以提供最大的功率增益并促进阻抗匹配。
第3级:输出级:该级主要由功率放大器组成,负责将最大功率传输到输出设备。

功率放大器的分类

功率放大器分为不同的类别,它们显示了输出信号相对于所施加的输入信号的变化。
A类
 
在这类功率放大器中,输出电流流向整个输入周期,即输入周期的360﮲。它只在负载的线性区域工作,因为工作点是这样选择的,这给了我们精确的输出作为输入的输出。
在这里,最大可能的效率为50%。当我们只是想要无失真的输出时,就会使用此类。
在整个输入信号中,晶体管保持正向偏置模式。在此类中,晶体管始终保持活动模式,这导致产生过多的热量,从而导致效率降低。
让我们来看看A类放大器的电路图和基本工作原理:
A类电路图
当输入电压施加在以CE模式工作的晶体管的基极端子上时,它会导致基极电流的变化,这种变化在IB产生类似的集电极电流变化,输出在整个负载上取压。
A 类图
施加的输入使集电极电流从最大值波动到最小值,从而导致Q点沿负载线移动。
优点
  • 它提供无失真放大。
  • 小信号可以放大。
缺点
  • 收集器效率低。
  • 输出功率低。
  • 由于产生过多的热量,需要散热器,这使得它们既昂贵又笨重。
B类
在这种类型中,晶体管偏置的方式使得电流仅在正半输入周期内流动。在此中使用两个互补晶体管,它们接收幅度相等但相位相反的输入信号。
当输入施加在变压器的中心抽头次级时,它产生两个相位相反的相同信号,两个晶体管由这两个输入信号驱动。
现在下面进一步讨论该操作:
B类电路图
当 V1正,V2变为负值,导致Q1导通,Q2进入OFF模式。随着Q1中的集电极电流增加,它产生输入信号的正一半。
当 V1变为负数和 V2变为正值,Q2 自动开始导通,Q1 进入关闭模式。随着Q2中的集电极电流增加,它会产生另一半电压信号。
 
此,两个晶体管的这种操作在输出端产生一个完整的正弦波。
B 类图
当没有任何输入信号存在时,两个晶体管都进入OFF模式,并且不会消耗电流。这可以防止晶体管不必要的工作,从而降低设备过热的机会。
B类工作会导致交越失真,因为我们知道晶体管需要0.7v的电压才能开始导通,因此晶体管在0.7v以下不会有源。这意味着波的部分不会在输出端再现,从而导致输出失真。
分频失真
这种过零失真称为交越失真
优点
  • 与A类功率放大器相比,它的效率更高。
  • 由于推挽机制,甚至避免了谐波。
缺点
  • 它会导致交叉失真。
  • 由于耦合变压器,成本和尺寸增加。
AB 类
它是A类和B类功率放大器的组合。引入此类基本上是为了消除B类中发生的交叉失真
在这种类型中,传导角介于 180﮲ 到 360﮲ 之间。这里,晶体管偏置的方式是工作点Q接近截止电压。
AB 类电路
集电极电流流动超过输入周期的一半,这意味着它在输入周期的正半部分传导。对于负半周期的一小部分,当输入电路变为正向偏置时。
AB 类图
但是,当晶体管反向偏置时,导通在负半周期的一小部分内停止。
其效率在50%至60%之间
优点
  • 它消除了交越失真。
  • 与B级相比,它的成本更低
缺点
  • 效率低。
  • 输出端可能存在直流分量。
C类
这类功率放大器旨在提供约80%的最高效率。它们偏置的方式使其工作在不到180﮲的输入信号中,但在谐振频率调谐电路的情况下提供完整的输出信号。
C类电路
这类放大器在固定频率下的使用有限。此类失真较高,因此不适合音频应用。
C 类图
集电极电流的流动周期小于输入信号的一半。晶体管保持空闲状态,导通时间不超过输入周期的一半。
优点
  • 功率放大器提供更高的效率。
  • 系统的大小在物理上很小。
缺点
  • 在音频应用程序的情况下,它不好。
  • 功率放大器的线性度较低。
D类
当我们必须操作数字或脉冲型信号时,基本上使用它。从理论上讲,当电流通过ON晶体管时,它提供超过90%的效率。
优点
  • 高效率。
  • 功耗低。
缺点
  • 复杂的系统设计。
通过使用D类技术,放大器可以为负载提供数百瓦的功率。其更高的效率提供了具有良好音质的强大放大器。

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