5.1-5.4 概述 甲类 乙类 甲乙类功率放大电路
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功率放大电路的特点和分类
1.特点
(1)讨论的主要问题:功率放大电路的输出功率、效率、非线性失真以及电路在大信号工作状态下器件的平安和散热等问题。
(2)分析方法:主要采纳图解分析法
2.工作状态分类
(1)依据晶体管的静态工作点的位置不同,放大电路可分成甲类、乙类、甲乙类。
(2)按电路形式分:单管功放、推挽式功放、桥式功放。
(3)按耦合的方式分:变压器耦合、直接耦合(OCL)、电容耦合(OTL)。
(4)按功放管的类型分:电子管、晶体管、场效应管、集胜利放。
3.甲类、乙类和甲乙类功放电路的特点
甲类、乙类和甲乙类功放电路的特点如表1所示。
表1 甲类、乙类和甲乙类功放电路的特点
类别
工作点位置
电流波形
特点
甲类
(1)管子的导通角
(2)静态电流不为零,电路的电源供应的功率始终等于静态功率损耗
(3)电路的静态功耗大,效率低
(4)非线性失真小
乙类
(1)管子的导通角
(2)静态电流和功耗均为零
(3)效率高
(4)非线性失真大
甲乙类
(1)
(2)静态电流和功耗都很小
(3)效率较高
(4)非线性失真比甲类大,比乙类小。
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甲类、乙类、丙类功率放大器的特点甲类功率放大器,是指当输入信号较小时,在整个信号周期中,晶体管都工作于它的放大区,电流的导通角为 180度,适用于小信号低频功率放大,且静态工作点在负载线的中点。
乙类功率放大是指其集电极电流只能在半个周期内导通,导通角为90度。
丙类功率放大是指其集电极电流导通时间小于半个周期的放大状态,导通角小于90度,丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。
低频功率放,其负载是阻性,只能在甲类或甲乙类(丙类)推挽工作,高频谐振攻放,工作在丙类。
1、A类功放(又称甲类功放)A类功放输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。
当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。
当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于是流入扬声器而且推动扬声器发声。
A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出晶体管均放大讯号全波,完全不存在交越失真(Switching Distortion),即使不施用负反馈,它的开环路失真仍十分低,因此被称为是声音最理想的放大线路设计。
但这种设计有利有弊,A类功放放最大的缺点是效率低,因为无讯号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。
当讯号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。
A类功放是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬,这些优点足以补偿它的缺点。
第5章功率放大电路5.1 教学基本要求教学基本要求主要知识点熟练掌握正确理解一般了解低频功率放大电路的特点、分类、效率和失真问题√√乙类互补推挽功率放大电路的工作原理及主要性能指标计算甲乙类互补推挽功放电路工作原理√互补推挽功率放大电路单电源功率放大电路工作原理√低频功放的能量和效率√功率器件与散热几种功率器件的特点、功率器件的散热√集成功率放大器√5.2 重点和难点一、重点1.理解甲类、乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率与静态工作点设置的关系。
2.乙类功放的工作原理和功率参数计算方法。
二、难点1.正确理解乙类和甲乙类低频功率放大器中放大管的电流流通角、波形失真及其解决方法。
2.乙类和甲乙类低频功率放大器的功率、效率计算以及提高效率。
5.3 知识要点甲类功放及特点乙类功放及特点1.低频功率放大器甲乙类功放及特点主要技术要求乙类互补对称功率放大器交越失真及其解决办法2.互补对称功率放大器甲乙类互补对称功率放大器单电源互补对称功率放大器BTL功率放大器本课程中对低频功率放大器的讨论和分析的思路为:先讨论功率放大器的特殊问题甲类功放电路的组成、原理及其优缺点提高效率的途径乙类互补功放电路的组成、原理及其优缺点,功率计算(输出信号交越失真)为了克服交越失真甲乙类低频功放的组成、原理及其优缺点需要解决交流输出信号正负半周不对称问题采用自举电路。
然后介绍集成功放以及BTL功放电路等。
5.4 主要内容5.4.1 功率放大电路的特殊问题5.4.1.1 功率放大电路的特点和要求1.在不失真的前提下尽可能地输出较大功率由于功率放大电路在多级放大电路的输出级,信号幅度较大,功率放大管往往工作在极限状态。
功率放大器的主要任务是为额定负载LR提供不失真的输出功率,同时需要考虑功率放大管的失真、功率放大管的安全(即极限参数CMP、CMI、CEO(BR)U)和散热等问题。
2.具有较高的效率由于功率放大电路输出功率较大,所以,效率问题是功率放大电路的主要要问题。
电子知识甲类(Class-A)放大器的输出晶体管(或电子管)的工作点在其线性部分中点,不论信号电平如何变化,它从电源取出的电流总是恒定不变,它是低效率的,用作声频放大时由于信号幅度不断变化,其实际效率不可能超过25%,可由单管或推挽工作。
甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真,而且谐波分量中主要是偶次谐波,在听感上低音厚实、中音柔顺温暖、高音清晰利落、层次感好,十分讨人喜欢。
但一直因为耗电多,效率低,容易发热和对散热要求高而未能在大功率的放大器中得到广泛应用。
由于器件长期工作于大电流高温下,容易引起可靠性和寿命方面的问题,而且整机成本高,所以制造甲类功率放大器出名的厂家,现在已大多停止生产晶体管甲类功率放大器。
乙类(Class-B)放大器的偏置使推挽工作的晶体管(或电子管)在无驱动信号时,处于低电流状态,当加上驱动信号时,一对管子中的一只在半周期内电流上升,而另一只管子则趋向截止,到另一个半周时,情况相反,由于两管轮流工作,必须采用推挽电路才能放大完整的信号波形。
乙类放大器的优点是效率较高,理论上可达78%,缺点是失真较大。
甲乙类(Class-AB)放大器在低电平驱动时,放大器为甲类工作,当提高驱动电平时,转为乙类工作。
甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率,随着输出功率的增大,效率也增高,虽然失真比甲类大,然而至今仍是应用最广泛的晶体管功率放大器程式,趋向是越来越多的采用高偏流的甲乙类,以减少低电平信号的失真。
IBIS模型是一种基于V/I曲线对I/O BUFFER快速准确建模方法,是反映芯片驱动和接收电气特性一种国际标准,它提供一种标准文件格式来记录如驱动源输出阻抗、上升/下降时间及输入负载等参数,非常适合做振荡和串扰等高频效应计算与仿真。
IBIS本身只是一种文件格式,它说明在一标准IBIS文件中如何记录一个芯片驱动器和接收器不同参数,但并不说明这些被记录参数如何使用,这些参数需要由使用IBIS模型仿真工具来读取。