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任务五 功率放大器的制作与调试 [知识链接一]功率放大器的基本知识 一、功率放大器及其特点 实用的放大系统通常由多级放大电路级联而成。靠近信号源的输入级和中间级，主要功能是对电压信号进行放大以驱动后面的输出级，它们通常处于小信号工作状态。靠近负载的叫输出级，由该级电路输出的信号要有足够大的功率，这样才能驱动后接的负载（如，使扬声器的的音圈振动发出声音；驱动电机旋转；使继电器或记录仪表动作；让显示器中的光点随信号偏转等等）。象输出级这类以增强信号输出功率为主要目的的放大电路就称为功率放大器（简称功放），功放通常处于大信号工作状态。 从能量控制的观点来看，电压放大器与功放并没有本质的区别，两者都是利用有源器件（三极管、场效应管、线性集成放大器等）将电源的直流能量转换为负载工作所需的信号能量。但是，两者在工作任务与电压信号强弱方面又有明显的区别，这也同时带来了对电路的技术指标要求和分析方法上的差异。表2-5-1列出了电压放大器与功率放大器在工作任务、技术指标要求以及电路分析方法这三方面的主要区别，以供比较。 表2-5-1 电压放大器与功率放大器的比较 二、功率放大器的分类 功率放大器的种类很多。按电路静态工作点的设置情况来划分，通常有甲类、乙类和甲乙类三种。静态工作点设置的高与低，对正弦输入下的功放管导通情况会产生直接影响，如图2-5-1所示。 对于甲类功放，由于设置了合适的静态工作点，故功放管在电路正弦输入ui的一周内均导通（也可以说，功放管的集电极电流iC的导通角θ=2π），且工作于放大状态。因此，甲类功放只需一只功放管即可。但正是由于设置了较高的静态工作点，也就同时带来了两方面的不足之处：（1）功放管的电流、电压交流振幅Icm和Ucem不是很大，也就使得电路输出信号的功率不会很大；（2）静态管耗较大，电路的能量转换效率η较低，理想情况下的最高效率ηmax=50%。实际应用中，甲类功放少见。 对于乙类功放，由于没有偏置电路，故功放管静态下不导通。它相对于甲类功放而言，具有输出功率高、效率高（理想值可达78.5%）的优点。但功放管的电流导通角θ=π（即只有半周导通），波形失真太大。因此，实际应用时需用两只功放管，让它们轮流导通（各导通半周），采取推挽工作方式。 图2-5-1 三类功放的管子导通及uce情况 虽然采取了推挽工作方式，但由于功放管截止区的存在，仍将造成乙类功放交流过零时出现非线性失真，这种非线性失真称为交越失真，输出波形如图2-5-2所示。为克服交越失真，通常为电路设置较低的静态工作点，让功放管静态下微导通，这样也就构成了甲乙类电路。 图2-5-2 uo波形的交越失真 三、变压器耦合单管甲类功率放大器 1、电路的组成 输入信号ui经变压器T1耦合，送至功放管V的基极，放大后由集电极输出，再经变压器T2耦合，送给负载RL。放大器为共射组态，且采用分压式偏置方式。CB、CE均为旁路电容，可提高电路增益（由于RE很小，故CE也可不用） 图2-5-3 变压器耦合单管甲类功放 图2-5-4变压器耦合甲类功放的交、直流等效电路 2、电路的工作原理 （1）静态分析 该电路的直流通路如图2-5-4（a）所示，偏置电路为分压式。ICQ≈IE=（UB-UBE）/RE；UCEQ≈UG-REICQ。其中的基极电压UB较低，RE较小（约几欧），故静态下的管压降UCEQ≈UG。 （2）动态分析 该电路的交流通路如图2-5-4（b）所示。功放管的集电极等效负载R′L=K22RL，K2为输出耦合变压器T2的变比。 动态（电路输入正弦信号ui）下，电路采用图解法进行分析，如图2-5-5所示。 工作点以Q为中心，沿交流负载线（斜率为-1/R′L）在Q’与Q”间来回移动。对应地，电路中的电流与电压iC、ic、uCE、uce波形如图所示。电路的输出功率PO=ICUce=IcmUcem。 图2-5-5 电路的图解分析 3、电源功率PG与电路效率η的分析 单管甲类功率放大器的电源功率PG分析，如图2-5-6所示。 （a）电路简图 （b）iG波形 （c）pG波形 图 2-5-6 电源功率的分析 相对于iC而言，iB1通常很小，故iG≈iC。直流电源提供给功放电路的功率pG波形如图2-5-6（c）所示，其平均值PG=UGICQ。也就是说，对于单管甲类功放，电源功率的大小取决于静态工作点的设置，与交流信号的强弱无关。 电源提供的功率，一部分转换为信号的输出功率P0，另一部分被电路所损耗。