2022-2023学年高二物理竞赛课件：功率放大器的电路组成和工作特性

功率放大器的电路组成和工作特性 功率放大器的电路组成和工作特性 在放大原理上，功率放大器与其它放大器一样，都是能量转换器，但要求不同，故在电路组成（结构）和器件运用特性上，有不同的特点。 从一个例子讲起（甲类） 图 (a) 为放大器的基本电路，现将其作为功率放大器来分析它的功率性能。由此揭示功率放大电路组成及其工作性能上的特点。 图1-2-1 TDA2030A集成功放典型应用 1. 双电源（OCL）应用电路 2. 单电源（OTL）应用电路 3. 性能参数 　　TDA2030A一般作音频功放，应用于收录机和有源音箱中，也可作其他电子设备中的功率放大。因其内部采用的是直接耦合，亦可作直流放大。 图：TDA2030A集成功放的内部电路 功率放大器是大信号放大器，性能分析时，功率器件须采用一般模型(大信号模型）。例：数学模型求解或计算机求解。工程上，常用特性曲线上作交流负载线的图解分析法。图1-2-1（b）。 1. Q点的选择：在管子不出现饱和、截止失真的条件下，为使电路PO最大（即输出电压、电流均达到最大幅值），需把Q 选在交流负载线的中点。即 图1-2-1（a）（b） 2. 集电级输出电压和电流。 (为方便，假设 VCE(sat) 和 ICEO 为0，无波形失真) 其中， =VCES 上式，PL 和 PC 均由直流和交流两部分合成。 例： PL中直流功率 PL中交流功率 3. 电源提供的直流功率 PD、负载功率 PL、集电极耗散功率 PC 甲类 有效值相乘。 4.从例子来讨论： （1）甲类功放电路组成。 图1-2-1（a）甲类功放的ηCmax 仅为 25%，PD 中仅有PD/4 转换为有用的输出信号功率PO(交流)，其余均被浪费。①一部分PD/4耗散在管子中，②大部分PD/2 ( PL中有直流功率PD/2 ) 消耗在 RL上。 提高ηCmax 的办法： ① 合理选择管子的运用状态(乙类或甲乙类)，减小管子消耗功率。 ② 在管外电路中，采用不消耗直流功率的电路结构，如耦合变压器，消除 RL 上消耗的直流功率。 （2）甲类功放工作特性 否则, 见②与虚线波形,减小RL如果iO一样，但集电极电压振幅减小了，即Po 减小了。还会因 ICQ增大而使 PD 增大，结果使ηC 降低。 当 VCC一定,Q 在交流负载线中点时，见①, Vcm(≈VCC /2)与Icm被限定。要提高PO,须减小RL,斜率变大,才能增大 Icm。图中 ①到②。但，减小RL,还须同时增大激励电流。 图1-2-2 充分激励时RL变化对功率性能的影响 总之，在功率放大器中，要高效率地提升 Po，必须减小RL，同时，相应增大输入激励电流。 将与RL 相匹配的输入激励(不出现饱和失真的最大激励)称为充分激励。 匹配负载：充分激励时，相应的负载称为匹配负载(能使 Q 处于交流负载线中点的负载)。 5. 结论：以下有普遍适用性。 （1） 在功放电路组成上，要采用管外电路中无消耗直流功率的结构，如耦合变压器。 （2） 在工作特性上，RL、Vi和Q点相互牵制，要高效率输出所需信号功率，三者必须有一个最佳配置。 1. 电路 （1） 输入端： RB——偏置电阻. CB——旁路电容. Tr1——耦合变压器. （2) 输出端： Tr2——耦合变压器，对交流，Tr2起阻抗变换作用， 1.2.2 甲类、乙类功放的电路组成及功率性能 NO,一、甲类，变压器耦合功放 图 1-2-3 非谐振 （1）直流(静态)分析。图1-2-3（b） 2. 电路功率性能分析 根据直流通路，写出直流负载方程： 直流负载线：垂直EF。图1-2-4。 图1-2-3 图1-2-4 $