认识一下~常用的乙类推挽功率放大器
乙类推挽功率放大器工作原理
由于甲类功率放大器的静态工作电流很大,效率不会超过50%,而乙类功放静态电流为零,这样效率得以提高。但乙类工作状态,晶体管只有半个周期工作,信号波形被削去一半,将产生严重的失真。
如果使两只相同的晶体管交替工作,一只工作在信号正半周期,另一只工作在信号负半周期,这样两只晶体管犹如一推一挽,在负载上形成完整的波形。如下图所示为推挽放大器的工作原理图,图中Q1为NPN型晶体管,Q2为PNP型晶体管,电路采用正负两组电源供电。
功率放大器原理图
无信号时,两管都截止。当输入信号正半周时,Q1导通Q2截止,在负载RL上输出正半周信号;当输入信号为负半周时,Q1截止Q2导通,在负载RL上输出负半周信号。这样在一个周期内,Q1、Q2交替工作,在负载RL上合成一个完整的输出波形,如下图所示:
推挽放大器工作状态
乙类推挽功率放大器的参数计算
输出功率Po
整个放大器(两个晶体管)的输出功率为:
Po=IcmUcem/2,式中Ucem为输出电压,Icm为输出电流。
若不考虑晶体管的饱和压降,则输出功率的最大值为:
Pomax=V2/2RL
集电极最大功耗PCmax
PCmax=V2/π2RL=2Pomax/π2≈0.2Pomax
此公式可作为用来选择功率管的依据。
集电极效率η
集电极效率是集电极输出功率与电源供给功率之比,它与晶体管的电压利用系数(晶体管输出电压与电源电压之比)有关,当电压利用系数为1时效率最高,即:
ηCmax=π/4=78.5%
晶体管的耐压
放大器工作时晶体管EC极可能承受的最大耐压为电源电压的两倍,即要求晶体管的耐压BVCEO>2Ec,这也是选取晶体管的一条依据。
乙类推挽功率放大器的非线性失真
推挽电路对偶次谐波的抑制
在理想情况下,若推挽电路的两只晶体管电流、电压波形完全对称,则输出电流中将没有偶次谐波成分,及推挽电路有已知偶次谐波的作用。
实际上由于两管特性总有差异,电路也不可能完全对称,因此输出电流中还会有偶次谐波成分。为了减少非线性失真,应尽量精选配对管子。
交越失真与工作点的选择
由于晶体管的输入特性和输出特性,在电流趋于零时,都有一个非线性失真特别严重的区域,所以iC在开始导通的一段时间里增长很慢,当iC1与iC2相互交替时,(iC1、iC2)的波形和输入波形相差较大。这种乙类推挽放大器所特有的失真称为交越失真,其原理如下图所示:
交越失真示意图
为消除交越失真,可分别给两只晶体管的发射结加很小的正偏压,让两只晶体管在静态时各有一个很小的Ic流过。这样,既可以消除交越失真,又不会对效率有很大影响。严格来说,此时晶体管已工作在甲乙类状态,但由于静态偏压较小,所以一般仍称为乙类放大器,以区别静态电流较大的甲乙类放大器。
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为什么甲类(A类)功放音质好?
甲类机功放和乙类功放相比,为什么听感上会好过乙类功放?
在静态状态时,甲类功放和乙类功放接上纯电阻负载,测试的时候可能指标差不多,甚至热噪声甲类会比较大,但是在实际应用的时候,接的却是真负载(动负载)——扬声器。而且不同频率的时候,扬声器的阻抗也是不同的,这时综合电声指标将劣于纯电阻负载时的指标,出现瞬态失真,由于负反馈的存在会反馈到前级,这种瞬态失真关键是扬声器系统质量关型设计受到有效的、不间断的阻尼引起的。而且信号的电压上升率越高,这种失真也就越严重,对于高保真来说,重要的就是扬声器系统的质量惯性是否能受到扩音机有效的阻尼(控制)。
乙类功放的阻尼不能有效的控制扬声器,对任意半周只有一臂输出在工作,或推或挽,但是不能同时一起工作,所以它的阻尼也就是单方向的,无论是正半周或是负半周,他只有产生推动扬声器工作的动力,而不能产生控制回来的拉力,要全方位阻尼,驱动电流必须及时的换向,问题就在这。
以输入方波为例,可能在工作的时候输入的信号比要比方波还要复杂,当信号上升的时候,扬声器能够按照信号波形工作,但是当信号突然的停止,扬声器由于质量的惯性作用,不会立即停止,此时它的音圈产生的反电动势造成正在导通的A臂输出管反偏而截止。而原来处在截止的B臂却导通,同时这个反电动势又由负反馈送回到前级被放大之后从而激励B臂输出管加速导通,共同完成乙类功放这种特殊的阻尼,因为这个过程要经过零点,有一瞬间失去阻尼自由震荡,这个过程完毕后,B臂导通便截止,原本导通又被反偏的A臂输出管材恢复导通。又经历一次过零点失去阻尼的瞬间才会恢复阻尼,所以说乙类功放的阻尼在任意的瞬间都是单方向的,对扬声器的阻尼是靠着反反复复的过零点换相来实现的,几乎时刻都会产生失真。
甲类功放正负两臂均导通,阻尼系数的双方向的,在突发性高电压上升的时候,音圈会按照波形去动作,当信号停止的时候,发电势经过导通的B臂完成通路,惯性被阻尼,无法产生自由的震荡,反点势也无法建立,甲类功放这种全方向阻尼,迫使扬声器的震动始终会根据信号的波形进行震动。
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