功放电路通常作为多级放大电路的输出极去驱动负载工作,像使用扬声器发声、电动机旋转、继电器动作、仪表指针偏转等等应用中。而驱动负载需要足够的功率,这就要求了功放电路能输出足够的电压和电流。由于功放电路之前的电压放大器能将电压放大到需要值,所以对于功放电路只需要强调电流放大能力即可。
一、功放电路的主要特点及技术要求
对于电压放大器来说,要求在不失真的情况下尽可能提高输出信号的电压幅值,但其输出功率并不一定大。而对于功放电路,由于功能需求的不同,其工作特点和技术要求与电压放大器存在不同,具体来说:
1、输出足够大的功率P
由于P=UI,所以功放电路应该有足够大的电压动态范围和电流动态范围,这就要求了晶体管只能在安全区内尽可能接近极限状态下工作,意思就是功放电路是工作在大信号状态下。
2、有尽可能高的效率N
所谓效率,就是功放电路的输出功率Po与电源供给的直流功率Pv之比
N = Po/Pv x 100%
显然,这个比值越大,效率就越高。考虑到功放电路的Po较大,所以效率的提高就意味着直流能耗的降低。
3、有尽可能小的非线性失真
由于晶体管工作在大信号状态下,必然会出现信号进入非线性区而产生非线性失真的情况。通常输出功率越大,产生非线性失真的几率就越高。
根据不同场合对非线性失真的要求不同,比如在工业控制系统中,以输出功率为主要目的,为了提高输出功率,就会允许在一定范围内存在较小的失真,而对于测量系统和电声设备,就需要尽可能避免非线性失真。
4、散热问题
功放电路的功放管在工作时既要输出大的电压,又要输出大的电流,所以功放管消耗的功率非常大,管子的结温迅速升高,这也要求很好地解决功放管的散热问题。
二、放大电路的工作状态
放大电路有甲类、甲乙类、乙类3种基本工作状态。
对于三极管甲类放大电路,在无信号输入时,电源的输出功率就全消耗在三极管和电子上;有信号时,电源输出功率中一部分转换为有用的输出功率,信号越大,输出功率就越大。甲类放大电路在理想的情况下效率最高只能达到50%。
欲提高效率,需要从两个方面入手,一是通过增加放大电路的动态工作范围来增加输出功率;二是尽可能减小电源供给的功率。所以就有了乙类和甲乙类的放大电路。乙类效率最高能达到78.5%,甲乙类也能在50%-78.5%之间。另外,虽然乙类、甲乙类放大电路减小了静态功耗,提高了效率,但都出现了严重的波形失真,因此,既要保证静态管耗小,又要使失真不严重,就需要在电路机构上采取措施了。
三、功放电路的分类
功放电路可以从不同角度进行分类:
1、按耦合方式分类
按照输出端的耦合方式(与负载的连接方式)不同,可以将功放分为直接耦合、变压器耦合和电容耦合。
功放输出的耦合方式
2、按功放管类型分类
按照功放管的类型可以分为电子管功放、晶体管功放、场效应管功放和集成功放。
3、按电路形式分类
按照电路的形式可以将功放分为单管功放、推挽式功放、桥式功放。
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