乙類功率放大器分析

摘 要：電壓放大器在小信號狀態下工作，分析的主要指標有輸入輸出電阻和電壓放大倍數。功率放大器在大信號狀態下工作，分析的主要指標有輸出功率、管耗和效率，但這些指標參數與輸出電壓的大小有關，是輸出電壓的函數，因此可以通過分析功率放大器輸出電壓來分析功率放大器的主要指標參數。

關鍵詞：功率放大器；輸出電壓；指標參數

功率放大電路是以輸出較大功率為目的的，因此功率放大器分析的主要指標有輸出功率、電源利用率和管耗。功率放大器分為甲類功放和乙類功放，乙類功放由于效率高，因此獲得廣泛應用，下面以乙類功放為例來進行分析。

1 乙類功率放大器電路組成

如圖1 所示為乙類功率放大器電路圖，電路采用絕對值相等的雙電源供電，VT1管和VT2管特性對稱，一個為NPN管，另一個為PNP管，VT1管和VT2管射極輸出，組成射極輸出器。

2 乙類功率放大器工作原理

靜態時，ui=0，uo=0，兩三極管處于截止狀態，負載上無電流流過。

當輸入信號工作在正半周時，ui>0時，VT1管導通，VT2管截止，VT1承擔放大任務，有正向電流信號從UCC經過VT1通過負載RL。

當輸入信號工作在負半周時，ui<0時，VT1管截止，VT2管導通，VT2承擔放大任務，有反向電流信號從-UCC經過VT2通過負載RL。

由于iC1，iC2輪流通過負載，而且大小相等，方向相反，所以在負載上就得到一個完整的正弦波形。

3 乙類功率放大器輸出電壓

3.1 輸出電壓的大小

由于乙類功率放大器三極管組成電壓跟隨器，輸出電壓跟隨輸入電壓變化而變化，若忽略三極管發射結管壓降，則輸出電壓約等于輸入電壓，即Uom≈Uim。

3.2 輸出電壓的極限值

隨著輸入電壓的增大，輸出電壓也跟隨增大，但輸出電壓增大會受到電源電壓的限制，若忽略三極管集電結管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom≈UCC，若考慮三極管集電結管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom=UCC-UCES。

4 乙類功率放大器輸出電流

4.1 輸出電流的最大值

輸出電流的最大值等于輸出電壓的最大值除以負載電阻，

4.2 輸出電流的平均值

設輸出電壓為u0=Uomsin？棕t，則輸出電流的平均值為

5 乙類功率放大器輸出功率

輸出功率等于輸出電壓有效值Uo和輸出電流有效值Io的乘積。

5.1 輸出功率的大小

輸入電壓較小時，輸出電壓跟隨輸入電壓變化而變化，輸出功率跟隨輸入電壓變化而變化，輸出功率為

5.2 輸出功率的極限值

考慮三極管集電結管壓降時，輸出電壓的極限值為Uom=UCC-UCES，輸出功率的極限值為

若忽略三極管集電結管壓降，則輸出電壓的極限值為Uom=UCC，輸出功率的極限值為

6 電源提供的功率

電源電壓為直流，電壓Ucc是恒定不變的，而電源提供的平均電流所以電源提供的功率為

7 管耗

每管消耗的功率為

這是一個以Uom為變量的二次函數，其頂點坐標為，所以三極管的最大耗散功率為

8 乙類功率放大器關系曲線

如圖2所示為乙類功放電源功率、輸出功率、管耗與輸出電壓的關系曲線。電源功率曲線是一條以Uom為變量的直線，電源功率與輸出電壓成正比，輸出電壓越大，直流電源提供的功率就越大；管耗曲線是以輸出電壓為變量的二次函數，是一條開口向下的拋物，因此管耗具有最大值，最大管耗約為最大輸出功率的0.2倍；輸出功率曲線是以輸出電壓為變量的二次函數，是一條開口向上的拋物線，輸出電壓最大時輸出功率最大。

參考文獻

[1]余輝晴.模擬電子技術教程[M].電子工業出版社，2014.

[2]康華光.電子技術基礎[M].高等教育出版社，2013.

[3]華成英.模擬電子技術基礎[M].高等教育出版社，2006.

作者簡介：余輝晴（1962-），男，江西九江人，寧波工程學院副教授，研究方向：高等教育管理。