乙类推挽功率放大器的电路结构

    科创经济 朗峰江湖 2025-02-04 4129 次浏览

    乙类推挽功率放大器是一种高效且常用的功率放大电路,它通过在正半周期和负半周期分别使用两个特性相同的晶体管,来实现对输入信号的完整放大。本文将从工作原理、电路结构、参数计算、优缺点等方面对乙类推挽功率放大器进行详细的分析和阐述。

    一、工作原理

    乙类推挽功率放大器的基本工作原理是:利用两只参数相同的晶体管,分别工作在输入信号的正半周期和负半周期,然后通过一定的电路结构将两者的输出波形在负载上组合起来,得到一个完整的输出波形。

    具体来说,乙类推挽功率放大器包含两个主要的晶体管,一般选择NPN型和PNP型晶体管各一只。当输入信号为正半周期时,NPN型晶体管导通,PNP型晶体管截止,负载上得到正半周期的信号;当输入信号为负半周期时,NPN型晶体管截止,PNP型晶体管导通,负载上得到负半周期的信号。通过这种方式,两个晶体管在输入信号的一个周期内轮流导通,形成互补工作状态,最终在负载上合成一个完整的输出波形。

    为了激励这两个晶体管,电路一般需要使用正负两组电源供电,并且通过一个输入变压器(T1)对输入信号进行倒相,产生两个大小相等、极性相反的信号电压,分别激励两个晶体管。此外,还需要一个输出变压器(T2)将两个晶体管的输出信号合成完整的正弦波。

    二、电路结构

    乙类推挽功率放大器的典型电路结构如下:

    输入变压器(T1):用于对输入信号进行倒相,产生两个大小相等、极性相反的信号电压,分别激励两个晶体管。

    功率放大管(V1、V2):组成对管结构,V1为NPN型晶体管,V2为PNP型晶体管。两者在输入信号的一个周期内轮流导通,工作在互补状态。

    输出变压器(T2):用于将V1和V2的输出信号合成完整的正弦波。

    分压式电流负反馈偏置电路(Rb1、Rb2、Re):用于设置静态工作点,避免交越失真。静态时,V1和V2处于微导通状态,从而使晶体管工作在甲乙类状态,既保证了效率,又减少了失真。

    三、参数计算

    乙类推挽功率放大器的参数计算主要包括输出功率、集电极效率、晶体管的最大功耗等。

    输出功率(Po)

    整个放大器(两个晶体管)的输出功率为:

    wKgZO2eLc2eAWT2NAAAKHcxcdm4952.png

    其中,Ucem​为输出电压,Icm​为输出电流。若不考虑晶体管的饱和压降,则输出功率的最大值为:

    集电极最大功耗(PCmax)

    此公式可作为选择功率管的依据。

    集电极效率(ηC)

    集电极效率是集电极输出功率与电源供给功率之比,它与晶体管的电压利用系数(晶体管输出电压与电源电压之比)有关。当电压利用系数为1时,效率最高,即:

    晶体管的耐压

    放大器工作时,晶体管EC极可能承受的最大耐压为电源电压的两倍,即要求晶体管的耐压BVCEO大于2Ec,这也是选取晶体管的一条依据。

    四、波形分析与失真

    乙类推挽功率放大器在工作过程中,会出现一些波形失真问题,其中最常见的是交越失真。

    交越失真

    由于晶体管的输入特性和输出特性,在电流趋于零时,都存在一个非线性失真特别严重的区域。因此,当两个晶体管的输出电流相互交替时,其波形和输入波形相差较大,导致输出波形在正负半周期交接处出现失真,这种失真称为交越失真。

    消除交越失真的方法

    为了消除交越失真,可以分别给两个晶体管的发射结加很小的正偏压,使两个晶体管在静态时各有一个很小的Ic流过。这样,既可以消除交越失真,又不会对效率有很大影响。严格来说,此时晶体管已工作在甲乙类状态,但由于静态偏压较小,所以一般仍称为乙类放大器。

    五、优缺点分析

    乙类推挽功率放大器具有许多优点,但也存在一些缺点。

    优点

    效率高:由于乙类放大器静态电流为零,使得效率得以提高,通常可以达到78.5%左右的最大效率。

    结构简单:采用两个参数相同的晶体管,以推挽方式存在于电路中,结构简单,易于实现。

    输出能力强:由于两个晶体管轮流导通,输出能力强,适用于大功率放大场合。

    缺点

    存在交越失真:由于晶体管的非线性特性,导致正负半周期交接处出现失真。

    频率特性不好:由于输出变压器和晶体管的高频特性限制,乙类推挽功率放大器的频率特性较差,适用于低频放大场合。

    开关管承受电压高:由于变压器带有中心抽头,且开关管在关断瞬间会产生较大的电压尖峰,对开关管的耐压要求较高。

    六、应用实例

    乙类推挽功率放大器在音频放大器、射频放大器等领域有着广泛的应用。以下是一个简单的应用实例:

    音频放大器

    在音频放大器中,乙类推挽功率放大器用于放大音频信号,驱动扬声器发声。由于乙类推挽功率放大器效率高、输出能力强,使得音频放大器具有较高的功率输出和较低的功耗。

    射频放大器

    在射频放大器中,乙类推挽功率放大器用于放大射频信号,用于无线通信系统的发射机部分。由于乙类推挽功率放大器具有较高的效率,使得无线通信系统能够更有效地利用能源,提高发射机的功率输出和覆盖范围。

    七、总结

    乙类推挽功率放大器是一种高效且常用的功率放大电路,它通过两个特性相同的晶体管在正半周期和负半周期轮流导通,实现对输入信号的完整放大。虽然乙类推挽功率放大器存在一些缺点,如交越失真和频率特性不好等,但其高效、结构简单、输出能力强等优点使其在音频放大器、射频放大器等领域有着广泛的应用。通过合理的电路设计和参数选择,可以进一步提高乙类推挽功率放大器的性能和稳定性,满足各种应用需求。