功率放大電路包括甲、乙類功率放大器,OTL功率放大器,BTL功率放大器。熟悉這些放大器的功能和構(gòu)成,并且掌握它們的工作原理,是整機電路識圖的基礎(chǔ)。
根據(jù)功率放大器所設(shè)靜態(tài)工作點的不同,功率放大器可分為甲類、乙類、甲乙類等多種。
甲類功率放大器的功率放大管VT的基極接有偏置電阻,在整個信號周期內(nèi)VT都會有導(dǎo)通電流,但工作效率不足50%,所以僅早期的收音機采用它做末級放大器。如下圖所示。
輸入信號Ui經(jīng)激勵變壓器T1耦合,再經(jīng)VT倒相放大,利用輸出變壓器T2耦合,推動揚聲器BL發(fā)音。
甲類功率放大器的應(yīng)用還是比較廣泛的,除了應(yīng)用在彩色電視機的行激勵電路,還應(yīng)用在大功率放大器中作為推動級。
乙類功率放大器沒有偏置電阻,所以靜態(tài)電流為0,也就在激勵信號的正半周期間導(dǎo)通,而在負半周期間截止。為了使放大電路在整個信號周期都可以工作,乙類功率放大器多采用兩個不同極性的三極管輪流工作,從而構(gòu)成了乙類互補推挽放大器。典型的乙類互補推挽放大器如下圖所示。其中,變壓器耦合式的乙類互補推挽放大器主要應(yīng)用在擴音機等電路中,而無變壓器式乙類互補推挽放大器主要應(yīng)用在大功率放大器或開關(guān)電源內(nèi)作為推動級。下面以下圖a)所示電路為例介紹乙類功率放大器的工作原理。
上圖a)中,靜態(tài)時,VT1,VT2因基極沒有導(dǎo)通電壓輸入而截至。當輸入信號Ui的正半周加到激勵變壓器T1的一次繞組后,它的兩個二次繞組耦合輸出的信號都為上正、下負,使VT2截止,VT1導(dǎo)通,產(chǎn)生集電極電流,該電流經(jīng)輸出變壓器T2耦合到二次繞組,形成輸出信號的上半周;Ui的負半周經(jīng)T1耦合后,它的兩個二次繞組輸出的信號都為下正、上負,使VT1截止,VT2導(dǎo)通,產(chǎn)生集電極電流,該電流經(jīng)輸出變壓器T2耦合到二次繞組,形成輸出信號的負半周。這樣,就可以得到一個完整的信號。
雖然乙類互補推挽放大器的靜態(tài)電流為0,這樣,降低了功耗,提高了效率,但在輸入信號的初期和末期,它的幅度低于三極管的導(dǎo)通電壓時,三極管就會截止,導(dǎo)致正、負半周交接部分的信號不能被放大,產(chǎn)生如下圖所示的交越失真。
甲乙類功率放大器的工作介于甲類和乙類之間,它是目前應(yīng)用較多的功率放大器之一。
此類放大器通過偏置電阻為兩只推挽放大管提供較小的靜態(tài)工作電流,每個三極管導(dǎo)通的時間大于信號的半個周期。這樣,整個周期的輸入信號都能被放大,從而抑制了交越失真。典型的甲乙類功率放大器如下圖所示。其中,變壓器耦合時的甲乙類互補推挽放大器已基本淘汰,目前應(yīng)用較多的是無變壓器式甲乙類互補推挽放大器,因此,下面以下圖b)所示電路為例介紹甲乙類功率放大器的工作原理。
上圖b)中,正、負電源+VCC,-VCC分別通過偏置電阻R1,R2加到放大管VT1,VT2的基極,為它們提供一個較小的靜態(tài)電流。當輸入信號Ui的正半周信號不僅通過VD1,VD2,R3加到VT3的基極使它截止,而且加到VT1的基極,使VT1導(dǎo)通時,它的集電極電流由+VCC經(jīng)VT1,RL到地構(gòu)成回路,形成輸出信號的上半周;當Ui的負半周信號加到VT1的基極以后,VT1截止,而VT2導(dǎo)通,它的集電極電流由地,RL、VT2到-VCC構(gòu)成回路,形成輸出信號的負半周。這樣,就可以得到一個完整的信號。
OTL是“無輸出變壓器”的英文縮寫。也就是說OTL功率放大器不再使用輸出變壓器。因采用交流輸出方式,所以該電路有輸出耦合電容。該形式的放大電路具有效率高、功率大、失真小和安全性高、容易集成等優(yōu)點,所以得到了廣泛的應(yīng)用。OTL功率放大器主要有變壓器倒相式、三極管倒相式和互補對稱式三種。目前,前兩種OTL功率放大器已基本淘汰,所以下面介紹互補對稱式OTL功率放大器的工作原理。
典型電路如下圖所示?;パa對稱式OTL功率放大器的功率放大管由一只NPN型三極管VT2和一只PNP型三極管VT3構(gòu)成,所以只需要一個基極信號就可以工作,而這個信號就是激勵管VT1的集電極輸出的電壓信號。
電源VCC不僅通過偏置電阻R1,R2為激勵管VT1的基極提供一定的偏置電壓,而且通過R3,R4為放大管VT3,VT2的基極提供偏置電壓。當輸入信號Ui的負半周信號經(jīng)C1耦合到VT1的基極,經(jīng)它倒相放大后,VT3截止,VT2導(dǎo)通,它的集電極電流由VCC經(jīng)VT2、輸出耦合電容C2、揚聲器BL到地構(gòu)成回路,不僅形成輸出信號的上半周,而且使C2建立左正、右負的直流電壓(電壓值為VCC的1/2左右);當Ui的正半周信號通過C1耦合,再經(jīng)VT1倒相放大后,使VT2截止,VT3導(dǎo)通,它的集電極電流由C4經(jīng)VT2、BL構(gòu)成回路,形成輸出信號的負半周,這樣,就可以得到一個完整的信號。
OCL是“無輸出耦合電容”的英文縮寫,OCL功率放大器的特點:一是采用正、負電源供電方式,二是采用單端或雙端輸入方式,三是采用單端直接耦合輸出方式。由于采用直流、交流輸出方式,所以該電路沒有輸出耦合電容,電路更簡單。此類功率放大器的效率高于OTL功率放大器,所以廣泛應(yīng)用在新型彩色電視機、彩色顯示器、音響等電路中。
典型的OCL功率放大器如下圖所示。OCL功率放大器的功率放大管也是由一只NPN型三極管VT2和一只PNP型三極管VT3構(gòu)成的,所以它們的導(dǎo)通電壓也是由激勵管VT1提供的。
正電源+VCC通過R1,R2,VD加到放大管VT2,VT3的基極,為它們提供偏置電壓;而負電源-VCC不僅加到VT3的集電極,而且通過R3加到VT1的發(fā)射極,當輸入信號Ui的負半周信號通過VT1倒相放大,使VT3截止,VT2導(dǎo)通時,它的集電極電流由+VCC經(jīng)VT2、RL到地構(gòu)成回路,形成輸出信號的上半周;當Ui的正半周信號經(jīng)VT1倒相放大后,使VT2截止,VT3導(dǎo)通,它的集電極電流由地,RL,VT3到-VCC構(gòu)成回路,形成輸出信號的負半周,這樣,就可以得到一個完整的信號。
BTL是“平衡式無輸出變壓器”的英文縮寫。此類功率放大器屬于橋式推挽放大電路。BTL功率放大器的特點:一是采用單電源供電方式,二是采用上升沿和下降沿脈沖信號觸發(fā),三是采用雙端直接耦合輸出方式。此類功率放大器的效率高于OCL功率放大器,所以廣泛應(yīng)用在新型彩色電視機、彩色顯示器、音響等電路中。
典型BTL功率放大器如下圖所示。BTL功率放大器的功率放大管是由兩個互補對稱電路構(gòu)成的四橋臂電路,負載RL接在兩個互補對稱電路的輸出端,并且采用直接耦合輸出方式。
電源電壓VCC加到放大管VT1,VT2的集電極,為他們供電。靜態(tài)時,由于沒有信號輸入,放大管VT1~VT4截止,無電壓輸出,RL上無電流流過。當輸入Ui的正半周信號時,VT1和VT4導(dǎo)通,它們的集電極電流由VCC經(jīng)VT1,RL,VT4到地構(gòu)成回路,形成輸出信號的上半周;當輸入Ui的負半周信號時,VT2,VT3導(dǎo)通,它們的集電極電流由VCC,VT2,RL,VT3到地構(gòu)成回路,形成輸出信號的負半周。這樣,就可以得到一個完整的信號。
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