初級模擬電路:5-2 串饋型甲類功放


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      甲類功率放大器按照其負載的接入方法,可以分為:串饋型(serious-fed)和‘變壓器耦合型’(transformer-coupled)。串饋型就是將負載RL直接串聯接入功率放大電路的集電極,這一小節我們主要分析串饋型的甲類功放。其最簡單的一種電路形式如下圖所示:

圖5-02.01 

 

 

1. 直流分析

      串饋型甲類功放的直流分析比較簡單,各個直流參量計算公式如下:

      然后我們在其輸出特性曲線上畫出直流負載線:

圖5-02.02 

      從圖中可以看出,當靜態工作點處於比較居中的位置時,集射電壓VCE和輸出電流IC的上下波動范圍可以達到最大。

 

 

2. 交流分析

      功率放大電路的交流工作方式和前面章節的小信號放大電路的交流工作方式完全不同,如下圖所示:

圖5-02.03 

      從圖中可以看到,功率放大電路的輸出電壓和輸出電流在一個很大的范圍內波動,完全失去了靜態工作點附近小信號分析的意義。因此,功率放大電路的交流分析一般只能用圖解法來求解。不過好在功率放大電路的交流分析也不算太繁,只要保證輸入信號在兩頭的峰值位置時輸出波形不要失真即可。

 

 

3. 功率分析

      前面我們講過,功率放大器的效率定義為:輸出功率和從電源得到的輸入的功率的比值,現在我們就分別來計算輸入功率和輸出功率。

 

● 輸入功率:

      當時輸入信號為0時,放大電路消耗的即為維持靜態工作點的偏置功率,此時從電源獲得的輸入功率為:

      當存在輸入信號時,從電源獲得的電流IC會在靜態工作點上下波動,由於正弦信號的對稱性,因此從電源獲得的平均功率不變,仍然可用上式表示。

 

● 輸出功率:

      當存在輸入信號時,輸出功率即為負載RL上消耗的功率,一般我們用有效值(rms)來表示交流電壓和交流電流,輸出功率表達式為:

 

 

4. 效率分析

      放大電路的功率效率計算公式如下:

 

● 最大效率:

      在最理想情況時,負載能得到最大的電壓波動范圍,靜態工作點處於輸出曲線的中間位置,即VCEQ=VCC/2處,此時負載RL上的電壓也為Vcc/2,則電源輸入的直流功耗為:

      此時負載上的交流功耗有效值為:

      因此最理想情況時的效率為:

      由此可知,串饋型甲類功率放大器的最大效率僅為25%,這個還是最理想情況下的效率,在實際使用中,串饋型甲類功放的效率一般都會遠低於25%。由於串饋型的轉換效率很低,一般只要輸出功率大於1W時,就不再使用串饋型甲類功放。

     

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