乙类功率放大器分析

乙类功率放大器分析

电压放大器在小信号状态下工作，分析的主要指标有输入输出电阻和电压放大倍数。功率放大器在大信号状态下工作，分析的主要指标有输出功率、管耗和效率，但这些指标参数与输出电压的大小有关，是输出电压的函数，因此可以通过分析功率放大器输出电压来分析功率放大器的主要指标参数。

标签：功率放大器；输出电压；指标参数

功率放大电路是以输出较大功率为目的的，因此功率放大器分析的主要指标有输出功率、电源利用率和管耗。功率放大器分为甲类功放和乙类功放，乙类功放由于效率高，因此获得广泛应用，下面以乙类功放为例来进行分析。

1 乙类功率放大器电路组成

如图1 所示为乙类功率放大器电路图，电路采用绝对值相等的双电源供电，VT1管和VT2管特性对称，一个为NPN管，另一个为PNP管，VT1管和VT2管射极输出，组成射极输出器。

2 乙类功率放大器工作原理

静态时，ui=0，uo=0，两三极管处于截止状态，负载上无电流流过。

当输入信号工作在正半周时，ui>0时，VT1管导通，VT2管截止，VT1承担放大任务，有正向电流信号从UCC经过VT1通过负载RL。

当输入信号工作在负半周时，ui<0时，VT1管截止，VT2管导通，VT2承担放大任务，有反向电流信号从-UCC经过VT2通过负载RL。

由于iC1，iC2轮流通过负载，而且大小相等，方向相反，所以在负载上就得到一个完整的正弦波形。

3 乙类功率放大器输出电压

3.1 输出电压的大小

由于乙类功率放大器三极管组成电压跟随器，输出电压跟随输入电压变化而变化，若忽略三极管发射结管压降，则输出电压约等于输入电压，即Uom≈Uim。

3.2 输出电压的极限值

随着输入电压的增大，输出电压也跟随增大，但输出电压增大会受到电源电压的限制，若忽略三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom≈UCC，若考虑三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom=UCC-UCES。

4 乙类功率放大器输出电流

4.1 输出电流的最大值

输出电流的最大值等于输出电压的最大值除以负载电阻，

4.2 输出电流的平均值

设输出电压为u0=Uomsin？棕t，则输出电流的平均值为

5 乙类功率放大器输出功率

输出功率等于输出电压有效值Uo和输出电流有效值Io的乘积。

5.1 输出功率的大小

输入电压较小时，输出电压跟随输入电压变化而变化，输出功率跟随输入电压变化而变化，输出功率为

5.2 输出功率的极限值

考虑三极管集电结管压降时，输出电压的极限值为Uom=UCC-UCES，输出功率的极限值为

若忽略三极管集电结管压降，则输出电压的极限值为Uom=UCC，输出功率的极限值为

6 电源提供的功率

电源电压为直流，电压Ucc是恒定不变的，而电源提供的平均电流所以电源提供的功率為

7 管耗

每管消耗的功率为

这是一个以Uom为变量的二次函数，其顶点坐标为，所以三极管的最大耗散功率为

8 乙类功率放大器关系曲线

如图2所示为乙类功放电源功率、输出功率、管耗与输出电压的关系曲线。电源功率曲线是一条以Uom为变量的直线，电源功率与输出电压成正比，输出电压越大，直流电源提供的功率就越大；管耗曲线是以输出电压为变量的二次函数，是一条开口向下的抛物，因此管耗具有最大值，最大管耗约为最大输出功率的0.2倍；输出功率曲线是以输出电压为变量的二次函数，是一条开口向上的抛物线，输出电压最大时输出功率最大。

参考文献

[1]余辉晴.模拟电子技术教程[M].电子工业出版社，2014.

[2]康华光.电子技术基础[M].高等教育出版社，2013.

[3]华成英.模拟电子技术基础[M].高等教育出版社，2006.

作者简介：余辉晴（1962-），男，江西九江人，宁波工程学院副教授，研究方向：高等教育管理。