功率放大電路的特點

1. 大功率輸出能力

功率放大電路的核心功能是將低電平信號放大到較高的功率水平，以便驅(qū)動較大的負載。這一特點使得功率放大電路在音頻、視頻、射頻以及電機驅(qū)動等領(lǐng)域中得到廣泛應(yīng)用。通過放大信號的功率，功率放大電路能夠確保信號在傳輸過程中不會因為衰減而失真，同時滿足負載對功率的需求。

• 應(yīng)用場景 ：在音頻系統(tǒng)中，功率放大電路用于驅(qū)動揚聲器，使聲音能夠清晰地傳播；在視頻系統(tǒng)中，則用于驅(qū)動顯示設(shè)備，確保圖像質(zhì)量不受影響；在射頻通信中，功率放大電路則用于增強信號的發(fā)射功率，提高通信距離和質(zhì)量。
• 技術(shù)細節(jié) ：為了實現(xiàn)大功率輸出，功率放大電路通常采用多級放大結(jié)構(gòu)，每一級都負責(zé)將信號的功率放大到一定程度。同時，電路中的放大器需要具有足夠的電流和電壓驅(qū)動能力，以確保在放大過程中信號不失真。

2. 寬頻帶特性

功率放大電路能夠處理寬帶信號，包括音頻、視頻和通信信號等。這一特點要求功率放大電路在設(shè)計時必須考慮信號的頻率范圍，以確保在整個頻帶內(nèi)都能實現(xiàn)良好的放大效果。

• 重要性 ：在音頻和視頻系統(tǒng)中，信號的頻率范圍往往較寬，從低頻到高頻都需要得到良好的放大。如果功率放大電路的頻帶不夠?qū)挘涂赡軐?dǎo)致部分頻率的信號被削弱或失真，從而影響整體的聲音或圖像質(zhì)量。
• 技術(shù)實現(xiàn) ：為了實現(xiàn)寬頻帶特性，功率放大電路通常采用負反饋技術(shù)來穩(wěn)定放大器的增益和相位特性。同時，電路中的元件選擇也需要考慮其頻率響應(yīng)特性，以確保在整個頻帶內(nèi)都能實現(xiàn)一致的放大效果。

3. 高效率

功率放大電路的效率是指輸出功率與輸入功率之比。高效率的功率放大電路能夠減少能量損耗和熱量產(chǎn)生，提高電路的可靠性和壽命。

• 重要性 ：在功率放大電路中，由于需要處理較大的功率信號，因此能量損耗和熱量產(chǎn)生是不可避免的。如果效率過低，就會導(dǎo)致大量的能量被浪費在電路內(nèi)部，同時還會引起電路元件的溫升過高，從而影響電路的穩(wěn)定性和可靠性。
• 技術(shù)實現(xiàn) ：為了提高效率，功率放大電路通常采用開關(guān)電源技術(shù)或諧振放大技術(shù)等高效能技術(shù)。這些技術(shù)能夠減少電路中的能量損耗和熱量產(chǎn)生，同時提高輸出功率和效率。

4. 低失真

功率放大電路在放大信號的過程中應(yīng)盡可能減少失真現(xiàn)象的發(fā)生。失真是指輸出信號的波形與輸入信號的波形之間的差異。

• 重要性 ：在音頻和視頻系統(tǒng)中，失真會直接影響聲音和圖像的質(zhì)量。如果失真過大，就會導(dǎo)致聲音變得渾濁不清或圖像變得模糊不清。
• 技術(shù)實現(xiàn) ：為了降低失真現(xiàn)象的發(fā)生，功率放大電路通常采用線性放大技術(shù)或負反饋技術(shù)等方法來提高放大器的線性度和穩(wěn)定性。同時，電路中的元件選擇也需要考慮其非線性特性對失真的影響。

5. 可靠性和穩(wěn)定性

功率放大電路需要具有高可靠性和穩(wěn)定性，以確保在長期使用過程中能夠保持穩(wěn)定的性能。

• 重要性 ：在電子設(shè)備中，功率放大電路往往是系統(tǒng)的關(guān)鍵部件之一。如果其可靠性和穩(wěn)定性不足，就可能導(dǎo)致整個系統(tǒng)出現(xiàn)故障或失效。
• 技術(shù)實現(xiàn) ：為了提高可靠性和穩(wěn)定性，功率放大電路通常采用高質(zhì)量的元件和先進的制造工藝來降低故障率。同時，還需要進行嚴(yán)格的測試和篩選工作以確保電路的性能符合要求。

6. 多種工作狀態(tài)

功率放大電路可以根據(jù)不同的應(yīng)用需求選擇不同的工作狀態(tài)以實現(xiàn)最佳的放大效果。

• 甲類工作狀態(tài) ：在信號的整個周期內(nèi)晶體管均導(dǎo)通（導(dǎo)通角θ=360°），適用于對失真要求較高的場合。但此時效率較低且功耗較大。
• 乙類工作狀態(tài) ：晶體管僅在信號的正半周或負半周導(dǎo)通（導(dǎo)通角θ=180°），效率較高但可能出現(xiàn)交越失真。
• 甲乙類工作狀態(tài) ：晶體管的導(dǎo)通時間大于半個周期且小于一個周期（180°<θ<360°），是甲類和乙類工作狀態(tài)的一種折中方案既能獲得較高的效率又能降低失真程度。
• 丙類工作狀態(tài) ：晶體管僅有小于半個周期的導(dǎo)通時間（θ<180°），效率最高但失真也最大通常用于高頻信號的放大和調(diào)制。

常用功率放大電路原理
單只三極管輸出的功放電路輸出小、效率低，日用電器中已很少見。目前常采用的是推挽電路形式。

圖1是用耦合變壓器的推挽電路原理圖。**它的特點是三極管靜態(tài)工作電流接近于零，放大器耗電極少。**有信輸入時，電路工作電流雖大，但大部分功率都輸出到負載上，本身損耗卻不大，所以電源利用率較高。這個電路中每只三極管只在信號的半個周期內(nèi)導(dǎo)通工作，為避免失真，所以采用兩只三極管協(xié)調(diào)工作的方式。

圖中輸入變壓器B1的次級有一個接地的中心抽頭。在音頻信號輸入時，B1次級兩個大小相等、極性相反的信號分別送到BG1和BG2的發(fā)射結(jié)。在輸入信號的正半周時間里，BG1管因加的是反向偏壓而截止，只有BG2能將信號放大，從集電極輸出；而在信號負半周，BG1得到正高偏壓，能將這半個周期的信號放大輸出，而BG2卻截止。電路中的兩只三極管雖然各自放大了信號的半個同期，但它們的輸出電流是分先后通過輸出變壓器B2的，所以在B2的次級得到的感應(yīng)電流又能全成一個完整的輸出信號。

這個功放電路中，為了解決阻抗匝配和信號相位等問題，輸入與輸出變壓器是不可少的。但是，優(yōu)質(zhì)變壓器的制作在材料和工藝上都比較困難，它本身總還要消耗一部分能量，降低電路的效率，而且變壓器的頻率特性不好，使電路對不同頻率信號輸出很不均勻，會造成失真，所以為了提高功放質(zhì)量，人們更多地使用無變壓器（OTL）功率放大電路。

圖2是互補對稱推挽功放電路原理圖。這里用了兩只放大性能相同，而導(dǎo)電極性相反的三極管（稱為互補管）。圖中BG1是NPN管。放大器輸入交流信號的正半周時，對BG1管來說，基極電壓為正極性，發(fā)射極為負極性，發(fā)射結(jié)有正向偏壓，三極管能夠工作。但BG2卻因發(fā)射結(jié)加了反向偏壓而截止。因此，信號的正半周由BG1管放大。在信號負半周時，情形正相反，BG2管能夠工作，將信號的負半周放大。放大后的信號由兩只三極管輪流送出，在揚聲器上重新合成完整的信號。

三 實際電路分析

推挽電路中的兩只三極管各放大信號的半個周期，這就要求兩管放大性能相近（β值相差10%以內(nèi)），否則放大后的信號兩半周期幅度不同，將出現(xiàn)明顯失真。交越失真也是推挽電路的特有問題。象上面原理圖中的三極管都沒有加靜態(tài)偏流，在輸入信號很弱時，三極管放大能力很小，甚至?xí)虬l(fā)射結(jié)不能導(dǎo)通而失去放大作用。這樣每當(dāng)輸入信號幅度接近零時，也就是在兩只推挽管輪換工作開始和終了的時候，輸出信號就不能很好銜接，出現(xiàn)嚴(yán)重失真。為了解決這些問題，在許多實際應(yīng)用電路中，都要為三極管加上很小的正偏壓，使電路既高效又能減小失真。

圖3是收音機中常用的功放電路。它的靜態(tài)工作電流由偏置電阻R8調(diào)整，一般兩管總靜態(tài)集電極電流為4～8mA。R10為負反饋電阻，用以減小失真并降低對三極管“配對”要求。為了減小輸入信號在R9、R10這兩電阻上的損失，它們的阻值都比較小。電容人C7用來改善音質(zhì)。

原理圖中用兩組電源供電，實際使用上很不方便，這里在負載揚聲器上串入一只大容量電容C64。對音頻電流來說，C64可以看成是通路。輸入信號正半周時，BG13管的輸出電流通過揚聲器對是C64充電，在它上面產(chǎn)生極性“左正右負”的電壓。在信號負半周時，BG13截止，電容C64即通過BG14和揚聲器放電，充當(dāng)了BG14的電源。這樣只用一組電源，就能使電路正常工作。

為了減小失真，電路也要為三極管提供靜態(tài)電流。**電阻R73既是前級電壓放大管BG12（圖中未畫出）負載的一部分，又是互補功放管的基極偏流電阻。當(dāng)BG12的輸出電流通過R73，及二極管BG39時，在它們上面產(chǎn)生的電壓降即為BG13、BG14兩管發(fā)射結(jié)偏壓之和（兩管發(fā)射極電阻很小，可忽略）。這個電壓的大小，決定了互補功放管的工作電流。R73阻值變化或是通過它的前級工作電流變化時，都會影響功放管的工作點，這是在調(diào)整時要注意的。

與R73串聯(lián)的二極管BG39是用來穩(wěn)定互補管靜態(tài)工作點的。**它是一只硅二極管，電流通過它時在上面產(chǎn)生0.7V左右的電壓降。環(huán)境溫度升高時，二極管的正向電阻降低，兩端的電壓降也會減小，便使互補管的基極偏壓跟著降低，抵消了工作電流因溫升而增大的趨勢。電阻R74與二極管并聯(lián)，可防止二極管短路損壞時，功放管因電流過大而燒毀。

功率放大電路是電子技術(shù)中的一個重要組成部分，其主要任務(wù)是將輸入信號放大到足夠的功率，以驅(qū)動負載工作。在許多應(yīng)用中，如音頻放大器、無線通信、電源管理等，都需要使用功率放大電路。