📅  最后修改于: 2020-11-26 09:35:48             🧑  作者: Mango
当集电极电流仅在输入信号的正半周期间流动时,功率放大器被称为B类功率放大器。
B类操作中晶体管的偏置方式使得在零信号条件下不会有集电极电流。选择工作点为集电极截止电压。因此,当施加信号时,仅正半周期在输出端被放大。
下图显示了B类操作期间的输入和输出波形。
当施加信号时,电路在输入的正半周正向偏置,因此集电极电流流动。但是在输入的负半周期内,电路会反向偏置,并且将不存在集电极电流。因此,只有正半周期在输出端被放大。
由于完全没有负半周期,因此信号失真会很高。同样,当施加的信号增加时,功耗将更大。但是,与A类功率放大器相比,输出效率提高了。
好,为了最小化缺点并实现低失真,高效率和高输出功率,在B类放大器中使用了推挽配置。
尽管B类功率放大器的效率高于A类,但由于仅使用输入的一半周期,因此失真很高。而且,输入功率没有被完全利用。为了补偿这些问题,在B类放大器中引入了推挽配置。
推挽B类功率放大器的电路由两个相同的晶体管T 1和T 2组成,其基极连接到中心抽头输入变压器T r1的次级。发射极短路,而集电极通过输出变压器T r2的原边提供V CC电源。
B类推挽放大器的电路布置与A类推挽放大器的电路布置相同,只是晶体管在截止时被偏置,而不是使用偏置电阻器。下图详细介绍了推挽B类功率放大器的结构。
B类推挽放大器的电路操作如下所示。
上图所示的B类推挽放大器电路清楚地表明两个变压器都是中心抽头的。当没有信号输入时,晶体管T 1和T 2处于截止状态,因此没有集电极电流流动。由于没有从V CC汲取电流,因此不会浪费任何功率。
给定输入信号后,将其施加到输入变压器T r1 ,后者将信号分成彼此异相180 o的两个信号。这两个信号被提供给两个相同的晶体管T 1和T 2 。对于正半周期,晶体管T 1的基极变为正,并且集电极电流流动。同时,晶体管T 2具有负半周期,这使晶体管T 2进入截止状态,因此没有集电极电流流动。产生的波形如下图所示。
在下一个半周期中,晶体管T 1进入截止状态,晶体管T 2进入导通状态,以贡献输出。因此,对于两个周期,每个晶体管交替导通。输出变压器T r3用于将两个电流合并在一起,产生几乎不失真的输出波形。
每个晶体管中的电流是半正弦环路的平均值。
对于半正弦环路,I dc由下式给出:
$$ I_ {dc} = \ frac {(I_C)_ {max}} {\ pi} $$
因此,
$$(p_ {in})_ {dc} = 2 \ times \ left [\ frac {(I_C)_ {max}} {\ pi} \ times V_ {CC} \ right] $$
由于在推挽放大器中有两个晶体管,因此引入了系数2。
集电极电流的RMS值= $(I_C)_ {max} / \ sqrt {2} $
输出电压的RMS值= $ V_ {CC} / \ sqrt {2} $
在最大功率的理想条件下
因此,
$$(P_O)_ {ac} = \ frac {(I_C)_ {max}} {\ sqrt {2}} \ times \ frac {V_ {CC}} {\ sqrt {2}} = \ frac {( I_C)_ {max} \ times V_ {CC}} {2} $$
现在整体最高效率
$$ \ eta_ {overall} = \ frac {(P_O)_ {ac}} {(P_ {in})_ {dc}} $$
$$ = \ frac {(I_C)_ {max} \ times V_ {CC}} {2} \ times \ frac {\ pi} {2(I_C)_ {max} \ times V_ {CC}} $$
$$ = \ frac {\ pi} {4} = 0.785 = 78.5 \%$$
集热效率将是相同的。
因此,B类推挽放大器比A类推挽放大器提高了效率。
刚刚讨论过的推挽放大器提高了效率,但使用中心抽头变压器会使电路体积大,笨重且成本高。为了简化电路并提高效率,可以对所用的晶体管进行补充,如下图所示。
上述电路采用以推挽配置连接的NPN晶体管和PNP晶体管。当施加输入信号时,在输入信号的正半周期内,NPN晶体管导通,PNP晶体管截止。在负半周期内,NPN晶体管截止,PNP晶体管导通。
这样,NPN晶体管在输入的正半周期放大,而PNP晶体管在输入的负半周期放大。由于晶体管彼此互补,但在以B类推挽配置连接时对称地起作用,因此该电路被称为互补对称B类推挽放大器。
互补对称推挽B类放大器的优点如下。
由于不需要中央抽头变压器,因此减轻了重量并降低了成本。
不需要相等和相反的输入信号电压。
互补对称推挽B类放大器的缺点如下。
很难获得具有相似特性的一对晶体管(NPN和PNP)。
我们需要正负电源电压。