功率放大电路

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我是靠谱客的博主动听早晨，最近开发中收集的这篇文章主要介绍功率放大电路，觉得挺不错的，现在分享给大家，希望可以做个参考。

概述

一、功率放大电路：在实用电路中，往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路。功率放大电路既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的不失真的信号功率，并且具有尽可能高的转换效率。对于功率放大器(PA)来说，要求低失真的放大信号。

功放电路主要分析方法：图解法。

晶体管的三类工作状态：功放管的导通角越大，其管子在一个周期内消耗的平均功率越大，从而导致功率放大电路的效率越低。

(1)、甲类状态：在放大电路中，当输入信号为正弦波时，晶体管在信号的整个周期内均导通(即导通角为360°)。

(2)、甲乙类状态：在放大电路中，当输入信号为正弦波时，晶体管导通时间大于半周期且小于周期(即导通角在180°和360°间)。

(3)、乙类状态：在放大电路中，当输入信号为正弦波时，晶体管仅在信号的正半周或负半周导通(即导通角为180°)。

(4)、丙类状态：在放大电路中，当输入信号为正弦波时，晶体管导通时间小于半个周期(即导通角小于180°)。

(5)、丁类状态：晶体管工作在开关状态。

二、功率放大电路的分类：

(1)、变压器耦合功率放大电路：利用阻抗匹配，理想变压器效率可达50%。缺点是变压器体积庞大笨重且效率较低，低频和高频特性都较差。

(2)、无输出变压器功率放大电路(OTL电路)：该电路采用单电源供电，实现输出电压跟随输入电压；但此时负载电流会很大，因此电容容量就要很大，从而导致的明显缺点是低频特性较差。

(3)、无输出电容功率放大电路(OCL电路)：该电路去掉了电容器，采用直接耦合的方式，因而频率特性得到了明显改善，实现了输出电压跟随输入电压。缺点是需要提供两路正负电源，实现较复杂。

(4)、桥式推挽功率放大电路(BTL电路)：该电路没有使用正负双电源、电容器和变压器，但需要四个特性一致的功放管，从而实现输出电压跟随输入电压。该电路的缺点是使用管子数量较多且很难做到特性一致，管子的总损耗较大，造成效率降低。

三、功率放大电路主要性能参数：

(1)、最大输出功率 $P_{OM}$ ：在电路参数确定的情况下负载上可能获得的最大交流功率，为 $P_{O}=I_{O}*U_{O}$ ，其中均为交流有效值。

(2)、转换效率 $eta$ ：功率放大电路的最大输出功率与电源提供的功率之比称为转换效率。电源提供的功率是直流功率，其值等于电源输出电流平均值及其电压之积。提高功放效率的根本途径是减小功放管的功耗。

(3)、功放管极限参数：集电极最大电流 $I_{cm}$ 、最大管压降 $U_{(br)ceo}$ 、最大耗散功率 $P_{cm}$ 。

(4)、信号失真：失真度越小越好。

四、功率放大电路的注意事项：

(1)、交越失真问题：这在乙类功率放大电路中非常常见，因此利用改进的乙类功率放大电路可以解决交越失真的问题。也就是说此改进功率放大电路的晶体管实际工作于甲乙类状态，这也解释了为什么甲乙类功率放大电路更为常用的原因。

(2)、静态电流随温度的变动导致的热击穿问题：由于晶体管的开启电压随温度的升高而降低（负温度系数），因此温升会导致二级管的压降大于晶体管的开启电压，从而导致推挽电路出现静态电流（该电流从VCC-T1-T2-GND）并产生较大的热功耗，进而导致晶体管发生热击穿，从而彻底损坏推挽功率放大电路。解决该问题的主要方法就是采用Ube倍增电路。注：Ube倍增电路随着温度的变化，偏置电压发生变化，以达到根本解决静态电流随温度变化是问题，从而真正实现交越失真的消除功能；但要保证该倍增电路中所有的晶体管是热耦合的。