功率放大器一般是根據(jù)功放管工作點(diǎn)選擇的不同進(jìn)行分類的,有甲類、乙類及甲乙類功率放大器。
1、甲類工作狀態(tài)
當(dāng)靜態(tài)工作點(diǎn)q設(shè)在負(fù)載線性段的中點(diǎn),整個信號周期內(nèi)都有電流ic流過時,如圖1(a)所示,稱為甲類功放。
圖1 放大電路的工作狀態(tài)
當(dāng)交流信號ui=0時,直流電源會提供icq和uceq,這時電源提供的功率全部消耗在管子和電阻上,即pe=icquceq。當(dāng)有交流輸入信號ui時,產(chǎn)生交流電流ic,交流電壓uce,兩者的乘積即為輸出功率。由圖1 (a)可見,若功放管的飽和壓降可忽略,在理想的情況下,信號電流和電壓的最大值約等于icq和uceq,根據(jù)有效值和最大值的關(guān)系,可得在理想情況下,輸出信號功率的最大值為
(1)
根據(jù)效率的定義,可得甲類放大電路的最高效率為50%,說明甲類功率放大電路的功率轉(zhuǎn)換率較低。因甲類放大電路能量轉(zhuǎn)換的效率較低,所以甲類放大器主要用于電壓放大,在功率放大電路中較少應(yīng)用。
2、乙類工作狀態(tài)
若將靜態(tài)工作點(diǎn)q設(shè)在橫軸上,則ic僅在半個信號周期內(nèi)通過,其輸出波形被削掉一半,如圖1(b)所示,稱為乙類功放。
乙類放大器的特點(diǎn)是:功放管只在信號的半個周期內(nèi)處于導(dǎo)通的狀態(tài)。當(dāng)ui=0時,icq=0,直流電源提供pe=icquceq=0。說明電源不向外提供功率。隨著信號ui的輸入,電源提供的功率、功率放大電路的輸入功率和效率也隨著發(fā)生變化。
由圖1(b)可見,若功放管的飽和壓降可忽略,乙類放大器輸出信號的最大值為ucc,輸出信號功率的最大值為
(2)
因乙類放大器只在信號的半個周期內(nèi)有功率輸出,所以該放大器有信號輸出時,電源消耗的功率pe為電源電壓和半波電流的平均值的乘積,即
(3)
(4)
所以,乙類放大器的效率為
(5)
當(dāng)uom = ucc時效率最大,η=π/4 =78.5%。
3、甲乙類工作狀態(tài)
若將靜態(tài)工作點(diǎn)設(shè)在線性區(qū)的下部靠近截止區(qū),則其ic的流通時間為多半個信號周期,輸出波形被削掉一部分。如圖1(c)所示,稱為甲乙類功放。
甲乙類放大器的特點(diǎn)是:功放管在信號半個周期以上的時間內(nèi)處于導(dǎo)通狀態(tài)。由于電路靜態(tài)工作點(diǎn)icq較小,靜態(tài)功耗也較小,在理想情況下,甲乙類功率放大電路的轉(zhuǎn)換效率接近乙類功率放大電路。
由上面的分析可見,乙類和甲類放大器的功率轉(zhuǎn)換效率較高,但都存在著波形失真的問題。既要提高效率,又要解決波形失真的問題,是功率放大電路結(jié)構(gòu)特點(diǎn)。