初級模擬電路：5-1 功率放大器概述

時間 2020-08-22

標籤初級模擬電路功率放大器概述简体版

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咱們在前面第3、四章分析的全部放大器，都是信號放大器，主要用於微小的電壓（或電流）信號的放大，通常咱們不太須要對其功率限制作過多考慮。git

可是另有一種類型的放大器，其目的主要是爲了放大功率，來驅動一些大功率設備，好比擴音器等等，咱們稱之爲功率放大器（power amplifier），有時也簡稱：功放。功率放大器的輸出電壓一般可達到幾十瓦甚至幾百瓦，其計算方式也和前面的信號放大器顯著不一樣，因此須要單獨一個章節來進行講解。ui

若是回到上世紀60、70年代，功率放大器絕對是模擬電路中很是重要的一塊，幾乎全部的工業領域都會用到模擬功率放大器。但隨着時代的發展，愈來愈多的大功率器件的驅動控制被數字輸出控制技術所取代（好比：電機控制、大功率燈光控制等等），甚至最傳統的擴音設備的功率放大輸出，也逐漸被數字驅動所取代。因爲模擬功率放大器在實際應用中的比重愈來愈低，在如今這個時代，若是不是專業搞這一領域工做的，通常咱們僅需瞭解一下其大體的分類和基本的計算方法便可。設計

1. 功率管

功率放大器使用的BJT晶體管或FET場效應管稱爲功率管，爲了適應大功率輸出的須要，其內部的工藝結構和外部造型均和咱們以前遇到的小信號器件不一樣。下圖是功率管2N3055的數據規格書的頭部簡要介紹：htm

圖5-01.01 blog

能夠從圖上看出，爲了散熱的須要，功率管通常都會包有金屬外殼，故其體積比通常的小信號器件要大。另外，功率管的電流增益h_FE都比較小，通常在20~100之內（圖中的h_FE爲20~70）。索引

在設計使用功率管時，除了要考慮其極限電壓、極限電流、極限耗散功率之外，工做溫度及周圍散熱條件也是須要很是仔細地考慮的。ci

功率管可使用FET（場效應管），也可使用BJT（雙極型晶體管）。通常因爲場效應管的輸入阻抗很是高，所以它的驅動電路會比較簡單。好比：一個10A的FET功率管其柵極可由一個普通的邏輯芯片的輸出來驅動（通常的單片機I/O引腳都能勝任）。與此對比，一個電流放大係數爲β=10的10A的BJT功率管，當集電極電流爲10A時，基級電流須要1A，這個超出了大多數芯片的管腳輸出能力，所以須要配套設計更加複雜的驅動電路。但BJT功率管也有它的好處，其優勢是能比FET功率管輸出更高的電流和功率，成本相對更低。get

2. 功率放大器的分類

傳統的功率放大器按其處理輸入信號的方式，大體可分爲：甲類、乙類、甲乙類、丙類、丁類（英文文獻中通常對應稱爲：class A、class B、class AB、class C、class D），下面咱們分別進行簡述：it

● 甲類：

甲類功率放大器是最基本的放大器，其輸入信號的整個週期都能放大輸出，導通週期爲360°，其輸出以下圖所示：

圖5-01.02

理論上來說，咱們前面分析的各類小信號放大電路，都屬於甲類放大器的範疇。甲類功放的缺點在於：即使沒有輸入信號時，爲了維持直流偏置電壓，也要消耗至關大的功率，所以其工做效率很低。甲類功放經常用於小信號放大電路中，由於在小信號放大時，咱們考慮的首要因素是信號的不失真，而不太須要考慮功耗與功率限制等問題。

● 乙類：

乙類功率放大器能夠提供輸入信號半個週期的放大，導通週期爲180°，電路的直流偏置點是0V，以下圖所示：

圖5-01.03

因爲直流偏置點爲0V，因此乙類功放的維持功耗大大減少，故其工做效率比甲類功放大大提升。可是因爲只能放大半個週期的輸入信號，須要兩個乙類功率放大器共同工做（一個工做在輸入信號的正半週期、一個工做在輸入信號的負半週期），才能實現對整個輸入信號的放大，這種工做方式的電路通常稱爲：推輓式（push-pull ）工做電路。

● 甲乙類：

甲乙類功率放大器的直流偏置點略高於乙類功放的0V，主要是用來消除乙類功放的交越失真用的（交越失真後面咱們會解釋），其對輸入信號的放大大於半個週期，即導通週期介於180°~360°之間，工做效率也介於甲類和乙類之間。其輸出入下圖所示：

圖5-01.04

● 丙類：

丙類功率放大器對輸入信號的放大小於半個週期，即導通週期小於180°，經常使用在無線通訊的調諧電路中。這個屬於《通訊電子線路》的專業範疇，通常的模擬電路不會用到丙類放大器去放大功率或信號。其輸出以下圖所示：

圖5-01.05

● 丁類：

丁類功率放大器是用來放大數字（脈衝）信號的，已經屬於數字控制的範疇了，其英文「class D」也有Digital（數字）的含義，其特色是工做效率很是高。