各種放大器電路之功率放大器的分析
供給負載一定輸出功率的放大器叫做功率放大器。它是收音機、擴音機或其他電子裝置的末級,它推動揚聲器發出聲音,使電動機轉動,使記錄儀表動作等。功率放大器主要是考慮如何獲得最大的輸出功率、最小的失真和最高的效率。
由於變壓器耦合損耗小,又能變換阻抗,使負載和電晶體相匹配,所以功率放大器廣泛採用變壓器耦合電路。音訊功率放大器可以根據不同的要求,採用甲類放大器、乙類放大器和甲乙類放大器。這種功率放大器是在甲類工作狀態下運用的,電晶體在輸入訊號的整個週期內都有放大作用。
C是耦合電容。R1、R2是上下偏置電阻。Re、Ce是直流電流負反饋電路,起起穩定工作點的作用。變壓壓器B是電晶體BG集電極負載,通過B推動揚聲器Y。甲類功率放大器損耗大、效率低、輸出功率小,一般只用在小功率放大裝置和儀器中。
這種功率放大器是在乙類工作狀態下運用的,一個電晶體在輸出正半周內有放大作用,另一個電晶體在負半周內有放大作用。作為典型的乙類推輓電路,還可以省去R1、R2、Re,而把M、N兩點直接連起來。B1、B2是輸入輸出變壓器。
當沒有訊號輸入的時,兩個晶體三極體的基極電壓等於零,都處於截止狀態。當輸入訊號是正半周的時候,如果輸入變壓器次級上正下負,那麼BG1截止,BG2導通,BG2對輸入訊號起放大作用。當輸入訊號是負半周的時候,輸入變壓器次級上負下正,那麼BG2截止,BG1導通,BG1對輸入訊號起放大作用。
在輸出變壓器上,放大了的正負兩個半周的訊號合起來,成了完整的放大訊號。由於這種放大器的兩個晶體三極體輪流交替工作,所以叫做推輓放大器。它比單管功率放大器輸出功率大、效率高,因此有廣泛用途。由於電晶體在電流很小的情況下是非線性的,兩管交替工作會銜接不好,造成所謂交越失真。為了減少交越失真,在輸入端要給電晶體基極加個很小的正向偏壓,使電晶體在沒有訊號輸入時就有一定的集電極電流。
前面介紹的乙類推輓功率放大器有兩個缺點:一個是由於變壓器本身仍然有損損耗,放大器的效率不能做得很高。另一個是變壓器本身在高階和低端的頻率特性都不好,使放大器的頻率範圍受到限制。採用無輸出變壓器功率放大器,可以消除輸出變壓器引起的失真和損耗,頻率特性比較好,還可以減小放大器的體積和重量。
無輸出變壓器功率放大器可以分成兩類:一類用相同型別電晶體組成推輓電路,另一類是利用PNP型管和NPN型管的互補作用組成互補對稱電路。變壓器B做倒相耦合。C是隔直電容,也是耦合電容。為了減少低頻失真,電容C選得越大越好。無輸出變壓器功率放大器的輸出阻抗只有變壓器耦合的1/4。由於輸出阻抗低,可以直接接到揚聲器上。
互補推輓電路是利用PNP和NPN型電晶體相反的導電效能,自動完成倒相作用的,BG1是末前級,也就是推動級。BG2和BC3組成互補電路。為了使BG2和BG3在沒有訊號時就有一定的集電極電流,減少交越失真,A、B兩點之間應該加上一定的電壓。
如果兩個都是矽管,應該加上1.2伏;兩個都是鍺管,應該加上0.4伏,一個矽管一個鍺管,應該加上0.8伏。A、B兩點電壓值,可以通過可變電阻W2調節。K點電壓應該是電源電壓的一半,可以通過調整可變電阻W1來實現。接上電解電容C2,對交流訊號來說相當於把E點和K點連線起來。這樣,BG2的輸入訊號取自R3,BG3的輸入訊號取自R3+W2。由於R3遠大於W2,W2的電壓降可以忽略不計。也就是說BG2和BG3的輸入訊號可以看作是相等的。
當輸入訊號是正半周時,BG2截止、BG3導通,BG3起放大作用。當輸入訊號是負半周的時候,BG3截止,BG2導通,BG2起放大作用。兩管這樣輪流工作,揚聲器就得到完整的放大了的訊號而發出聲音來。這種電路比OTL電路穩定性好,保真度高,所以應用比較廣泛。
這個電路不要輸出電容,採用直接耦合,輸出端直接與喇叭相接,所以頻率特性特別好,從20赫到50幹赫的頻率範內都是很平坦的。由於採用直接耦合,需要具有正負對稱的兩個電源,才能使輸出端直流零電位,才能實現直接與負載揚聲器相接。
為了減小漂移,輸入電路採用差動放大器。BG1,BG2是差動放大輸入級,BG3是激勵級(也叫做推動級),BG4~BG7是複合互補輸出電路。訊號通過耦合電容C1進入BG1,放大後由BG1集電極輸出,送到BG3再次放大,BG3的集電極輸出端接有NPN型的BG4和PNP型的BG5,利用不同型別的電晶體的互補作用實現倒相,BG4和BG6接成複合管,BG5和BG7接成複合管,同時完成乙類推輓功率放大。
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