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功率放大器的基本组成和功放所用有源器件的组成

  ”,是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载(例如扬声器)的放大器。在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

  功率放大器通常由3部分组成:前置放大器、驱动放大器、功率放大器(图3)末级功率放大器。

  1、前置放大器起匹配作用,其输入阻抗高(不小于10k),可以将前面的信号大部分吸收过去,输出阻抗低(几十以下),可以将信号大部风传送出去。同时,它本身又是一种电流放大器,将输入的电压信号转化成电流信号,并给予适当的放大。

  2、 驱动放大器起桥梁作用,它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大,将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作。如果没有驱动放大器,末级功率放大器不可能送出大功率的声音信号。

  3、末级功率放大器起关键作用。它将驱动放大器送来的电流信号形成大功率信号,带动扬声器发声,它的技术指标决定了整个功率放大器的技术指标。

  功放所用的有源器件主要是晶体管(双极型或场效应晶体管),在工作频率很高或要求输出功率很大等场合,也使用电子管(包括大功率发射电子管);在微波段使用行波管。功放按其有源器件的工作点不同可分为甲(A)类、甲乙(AB)类、乙(B)类、丙(C)类和丁(D)类等。表内列出不同工作类型的功率放大器对正弦波所能达到的最高效率。

  功放常应用于广播、通信发射机的输出级、音响系统的输出级以及控制系统驱动执行机构的放大器等。应用场合不同,性能要求不同,电路的构成与工作类型也不同。常用的有线性功放、谐振功放、宽带功放电路等。为提高输出功率,可采用功率合成技术。线性功放 用于要求非线性失真小的场合。常用电路形式有单管放大电路和推挽放大电路。单管放大电路的电路形式与电压放大器类似,必须是甲类工作,效率最低,多用于小功率放大器。推挽放大电路由两个有源器件构成,分别用相位差180的输入信号激励,然后将它们的输出信号反相叠加供给负载。

  图1所示的是用变压器实现反相叠加的推挽放大器原理电路。这种电路理论上两个器件可工作在乙类,而输出无失真。但实际的有源器件特性不是完全理想的,需工作在甲乙类。推挽放大电路也可由极性相反的晶体管互补对CPNP型和NPN型双极晶体管对或N型沟道和P型沟道的场效应管对)构成。利用它们的互补特性构成的电路,不需相位相差180的两个输入信号,输出信号也不需反相叠加。这种电路可全部由晶体管和电阻构成,便于集成化,多用于集成功放中。

  谐振功放 以谐振回路作为有源器件的负载,专门放大窄频带信号的放大器。这种放大器允许电流波形有很大失真,然后利用谐振回路将谐波滤除;可以使有源器件工作在丙类,以获得高效率;多用于大功率发射机中的末级。若将谐振回路调谐在输入信号的谐波上并选择合适的工作点,可构成倍频器。宽带功放 以传输线变压器作为有源器件的负载。这种功放的上限频率可达几百兆赫,波段覆盖范围宽。传输线变压器按照传输线和变压器的工作原理构成。

  功率合成技术 多个放大器对同一输入信号放大,然后用合成的方法,将各放大器的输出功率相加。图2是功率合成原理电路,它由放大器、功率合成与分配网络组成。合成与分配网络常用传输线变压器构成。这种合成技术的特点是其中某一放大器工作状态发生变化,其余放大器的工作不受影响。为进一步提高功放效率,先将输入信号转换成脉冲序列,经放大后再转换成模拟信号。这种功放工作于脉冲放大,理论效率可达100%,称为丁(D)类放大器。由于有源器件的开关特性不理想,提高这类放大器的工作频率受到限制。在功放中,由于热损耗大,有源器件的主要发热部分要外加散热器,有时还要采用风冷、水冷或蒸发冷却,以降低器件温升。

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