工作在乙类的放大电路,虽然管耗小,有利于提高效率,但存在严重的失真,使得输入信号的半个波形被消掉了。怎样解决上述矛盾呢?
图1
下面来研究一下图1所示的互补对称电路。T1和T2分别为NPN型管和PNP型管,两管的基极和发射极相互连接在一起,信号从基极输入,从射极输出,RL为负载。由于该电路无基极偏置,所以vBE1 = vBE1 = vi 。当vi =0时,T1、T2均处于截止状态,所以该电路为乙类放大电路。
考虑到BJT发射结处于正向偏置时才导电,因此当信号处于正半周时,vBE1 = vBE2 >0 ,则T2截止,T1承担放大任务,有电流通过负载RL;
而当信号处于负半周时,vBE1 = vBE2 <0 ,则T1截止,T2承担放大任务,仍有电流通过负载RL;这样,一个在正半周工作,而另一个在负半周工作,两个管子互补对方的不足,从而在负载上得到一个完整的波形,称为互补电路。
这个电路可以看成是由图XX_01b、c两个射极输出器级合而成。
互补电路解决了乙类放大电路中效率与失真的矛盾。为了使负载上得到的波形正、负半周大小相同,还要求两个管子的特性必须完全一致,即工作性能对称。所以图XX_01a所示电路通常称为乙类互补对称电路。
双电源乙类互补对称电路又称为OCL电路。
功率放大电路的分析任务是求解最大输出功率、最高效率及功率三极管的安全工作参数等性能参数。分析的关键是vo的变化范围。在分析方法上,通常采用图解法,这是因为BJT处于大信号下工作,且乙类互补对称电路的BJT只有半个周期导通。
图XX_02a表示图XX_01电路在vi为正半周时T1的工作情况。图中假定,只要vBE1= vi >0,T1就开始导电,则在一周期内T1导电时间约为半周期。随着vi的增大,工作点沿着负载线上移,则io = iC1增大,vo 也增大,当工作点上移到图中A点时,vCE1 =VCES ,已到输出特性的饱和区,此时输出电压达到最大不失真幅值。
根据上述图解分析,可得输出电压的幅值为Vom = IomRL = VCC - VCE1 ,其最大值为Vommax= VCC - VCES 。
图XX_01中T2的工作情况和T1相似,只是在信号的负半周导电。为了便于分析,将T2的特性曲线倒置在T1的右下方,并令二者在Q点,即vCE = VCC处重合,形成T1和T2的所谓合成曲线,如图XX_02b所示。这时负载线通过VCC点形成一条斜线,其斜率为 -1/RL。显然,允许的io的最大变化范围为2Iom,vo的变化范围为2Vom=2IomRL=2(VCC-VCES)。若忽略管子的饱和压降VCES ,则Vommax » VCC 。
根据以上分析,不难求出工作在乙类的互补对称电路的输出功率、管耗、直流电源供给的功率和效率。
输出功率是输出电压有效值Vo和输出电流有效值Io的乘积(也常用管子中变化电压、变化电流有效值的乘积表示)。所以
乙类互补对称电路中的T1、T2可以看成共集状态(射极输出器),即AV »1。所以当输入信号足够大,使Vim = Vommax = VCC- VCES » VCC时,可获得最大输出功率,即
考虑到T1和T2在一个信号周期内各导电约180°,且通过两管的电流和两管两端的电压vCE在数值上都分别相等(只是在时间上错开了半个周期)。因此,为求出总管耗,只需先求出单管的损耗就行了。设输出电压为vo = Vomsinwt ,则T1的管耗为
而两管的管耗为
效率就是负载得到的有用信号功率和电源供给的直流功率的比值。为了计算效率,必须先分析直流电源供给的功率PV ,它包括负载得到的信号功率和T1、T2消耗的功率两部分,即
当输出电压幅值达到最大,即Vom = VCC时,则得电源供给的最大功率为
所以,一般情况下效率为
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