對功率放大電路的基本要求是:
1.功率要大 輸出功率po = voio,要獲得大的輸出功率,不僅要求輸出電壓高,而且要求輸出電流大。因此,晶體管工作在大信號盡限運用狀態(tài),應(yīng)用時要考慮管子的極限參數(shù),注意管子的安全。
2.效率要高 放大信號的過程就是晶體管按照輸入信號的變化規(guī)律,將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流能量的過程。其轉(zhuǎn)換效率為負載上獲得的信號功率和電源供給的功率之比值,即:
(1)
式中:po 負載上獲得的信號功率;pv 電源供給的功率。
圖1 三極管的三種工作狀態(tài)
3.合理的設(shè)置功放電路的工作狀態(tài) 根據(jù)三極管導(dǎo)通時間,功放電路的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類、甲乙類。它們的定義如圖2.9.1所示。
由于在能量轉(zhuǎn)換的過程中,晶體管要消耗一定的能量,從而造成了η下降。顯然,要提高η,就要設(shè)法減小晶體管的損耗。而晶體管的損耗與靜態(tài)工作點密切相關(guān)。圖1 給出了晶體管的幾種工作狀態(tài)及對應(yīng)的輸出波形。由圖可見,甲類狀態(tài),ic 始終存在,沒有信號輸入時,直流電源供給的能量全部消耗在晶體管上,這種狀態(tài)的效率很低;乙類狀態(tài),沒有信號輸入時,ic = 0,晶體管不消耗能量,這種狀態(tài)的效率較高。這就指明了提高效率的途徑是降低靜態(tài)工作點。
(4)失真要小。 甲類功放通過合理設(shè)置靜態(tài)工作點,非線性失真可以很小,但它的效率低。乙類狀態(tài)雖然效率高,但輸出波形卻只有半波波形。為了保存乙類狀態(tài)高效率的優(yōu)點,可以設(shè)想讓兩個管子輪流工作在輸入信號的正半周和負半周,并使負載上得到基本完整的輸出波形。三極管從甲類工作狀態(tài)改為乙類或甲乙類工作狀態(tài)。此時雖降低了靜態(tài)工作電流,但依然還存在失真問題,即交越失真。如果不能解決乙類狀態(tài)下交越失真問題,乙類工作狀態(tài)在功率放大電路中仍不能采用。推挽電路和互補對稱電路較好地解決了乙類工作狀態(tài)下的失真問題。
由于功率放大電路工作在大信號狀態(tài),所以對功放電路的分析多采用圖解法。要確定的主要性能指標(biāo)是po 、pv 、pt(損耗)和η。