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【放大器学习】B类放大器特性分析

2020-11-6 09:13:56  756 放大器 B类放大器 电路
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为了通过在热的形式降低了浪费的功率提高先前A类放大器的全功率效率,能够在其输出级的两个晶体管产生了通常称为一个来设计功率放大器电路B类放大器还称为推挽放大器配置。

推挽放大器使用两个“互补”或匹配晶体管,一个是NPN型,另一个是PNP型,两个功率晶体管一起接收大小相等但相位相反的相同输入信号。 。这导致一个晶体管仅放大输入波形周期的一半或180 o,而另一个晶体管放大输入波形周期的另一半或其余180 o,结果“两半”在输出端再次放在一起终奌站。

这样,这种放大器电路的导通角仅为输入信号的180 o或50%。晶体管的交替半周期的推挽效应使这种类型的电路具有有趣的“推挽”名称,但更普遍地称为B类放大器,如下所示。
B类推挽变压器放大电路
以上示出了电路的标准B类放大器电路,其使用平衡中心抽头输入变压器,其将输入波形信号划分成相等的两半,并且是180 ö出的彼此相。输出上的另一个中心抽头变压器用于重新组合两个信号,从而为负载提供增加的功率。用于这种类型的变压器推挽放大器电路的晶体管都是NPN晶体管,其发射极端子连接在一起。

在此,负载电流在两个功率晶体管器件之间共享,因为它在一个器件中减小而在另一个器件中增大,在整个信号周期中增大,从而将输出电压和电流减小到零。结果是现在输出波形的两半都从零摆动到静态电流的两倍,从而减少了耗散。这样的效果几乎使放大器的效率增加了一倍,达到约70%。

假设不存在输入信号,则每个晶体管都携带正常的静态集电极电流,该电流由截止点处的基极偏压确定。如果将变压器准确地中心抽头,则两个集电极电流将沿相反的方向(理想状态)流动,并且变压器铁心不会磁化,从而将变形的可能性降到最低。
当在驱动变压器T1的次级上存在输入信号时,如图所示,晶体管基极输入彼此“反相”,因此,如果TR1基极变为正驱动晶体管,则其集电极电流将增加。但是与此同时,TR2的基极电流将进一步变为负值,直至截止,并且该晶体管的集电极电流减小相等的量,反之亦然。因此,负半部分被一个晶体管放大,正半部分被另一晶体管放大,从而产生这种推挽效应。

与直流条件不同,这些交流电流是相加的,导致两个输出半周期组合在一起以形成输出变压器初级绕组中的正弦波,然后该正弦波出现在负载两端。

由于晶体管在截止时被偏置,因此B类放大器的操作具有零直流偏置,因此每个晶体管仅在输入信号大于基极-发射极电压时才导通。因此,在零输入时,输出为零,并且不消耗功率。这意味着B类放大器的实际Q点位于负载线的Vce部分,如下所示。
B类输出特性曲线
B类放大器的最大优点在它们的A类放大器表亲在没有电流流过晶体管,当他们在他们的静止状态(即,没有输入信号),因此,没有功率在输出晶体管或变压器时消散与A类放大器级不同,没有信号存在,后者需要很大的基极偏置,从而即使在没有输入信号的情况下也能散发大量热量。

因此, 放大器的整体转换效率(  η)高于等效的A类,效率高达70%,导致几乎所有现代类型的推挽放大器都以B类模式工作。

无变压器B类推挽放大器上面的B类放大器电路的主要缺点之一是,它在设计中使用了平衡的中心抽头变压器,因此制造起来很昂贵。但是,还有另一种类型的B类放大器,称为互补对称B类放大器,因此在其设计中不使用变压器,因此它是无变压器的,而是使用互补或匹配的功率晶体管对。

由于不需要变压器,因此对于相同的输出量,这会使放大器电路变得更小,并且也没有杂散磁效应或变压器失真来影响输出信号的质量。下面给出了“无变压器” B类放大器电路的示例。
B类无变压器输出级
上面的B类放大器电路的每一半波形都使用互补的晶体管,而B类放大器的增益要比A类放大器高得多,B类推挽放大器的主要缺点之一是它们会受到噪声的影响。效应通常称为交叉失真。

希望我们从有关晶体管的教程中记得,使双极性晶体管开始导通大约需要0.7伏(从基极到发射极测量)。在纯B类放大器中,输出晶体管不会“预偏置”到“ ON”运行状态。

这意味着,由于两个晶体管之间的过渡(当它们从一个晶体管切换到另一个晶体管时),这些晶体管不会停止或开始导通,因此落在此0.7伏窗口以下的输出波形部分将无法准确再现。精确地在零交叉点,即使它们是特别匹配的对。波形的每半部分(正和负)的输出晶体管将各自具有0.7伏的区域,在该区域中它们不导通。结果是两个晶体管完全在同一时间“关闭”。

消除B类放大器中的交叉失真的一种简单方法是在电路中添加两个小电压源,以将两个晶体管偏置在略高于其截止点的位置。然后,这将给我们提供通常称为AB类放大器电路的功能。然而,向放大器电路添加额外的电压源是不切实际的,因此使用PN结以硅二极管的形式提供额外的偏置。

AB类放大器我们知道,为了使硅双极型晶体管开始导通,需要基极-发射极电压大于0.7v,因此如果要用两个硅二极管代替连接到晶体管基极的两个分压器偏置电阻。现在,施加到晶体管的偏置电压将等于这些二极管的正向压降。通常将这两个二极管称为偏置二极管补偿二极管,并选择它们以匹配匹配晶体管的特性。下面的电路显示二极管偏置。
AB类放大器

AB类放大器电路是A类和B类的配置之间的折衷。即使在没有输入信号的情况下,这种非常小的二极管偏置电压也会导致两个晶体管都导通。输入信号波形将导致晶体管在其有源区域中正常工作,从而消除纯B类放大器设计中存在的任何交叉失真。当没有输入信号时,将流过一个很小的集电极电流,但远小于A类放大器配置的集电极电流。这意味着然后,该晶体管将是“ON”,为波形的多于半个周期但远小于一个完整的周期给予的180之间的导通角ø 360 ø或50%至这取决于输入信号的100%使用的其他偏差量。通过串联添加额外的二极管,可以以倍数增加存在于晶体管基极上的二极管偏置电压。

对于音频功率放大器和PA系统等高功率应用,B类放大器比A类设计更受青睐。像A类放大器电路一样,大大提高B类推挽放大器的电流增益(A i)的一种方法是在输出电路中使用达林顿晶体管对而不是单个晶体管。

K13534175187 2020-11-12 09:28:01
感谢分享,学到了
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王洁民 2020-11-13 09:53:47
谢谢楼主的分享
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李弘励 2020-11-18 14:53:16
学习了,感谢分享
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