場效應(yīng)管功率放大器
微弱的信號(hào)經(jīng)過小信號(hào)放大器(或稱前置放大器)逐級(jí)放大后，去控制某些執(zhí)行機(jī)構(gòu)，如喇叭、繼電器等。而這些執(zhí)行機(jī)構(gòu)都需要一定的功率去推動(dòng)，所以放大器的末級(jí)不僅要有大的電壓輸出，同時(shí)還要有大的電流輸出(即大的功率輸出)，這樣的放大器叫做功率放大器。與小信號(hào)放大器相比，功率放大器由于任務(wù)不同而電路結(jié)構(gòu)及工作狀態(tài)均有所不同,其特點(diǎn)如下:
(1)考慮到經(jīng)濟(jì)指標(biāo)，要最大限度地利用場效應(yīng)管,場效應(yīng)管必須處于極限工作狀態(tài)。
(2)為了提高傳輸效率，電路結(jié)構(gòu)大都采用推挽放大形式。下面將分別討論幾種不同形式的場效應(yīng)管放大器。
單場效應(yīng)管功率放大器
常用的單場效應(yīng)管功率放大器見圖3-1。為了使前后級(jí)阻抗匹配，以便把功率最大限度地送到負(fù)載，功率放大器一般是采用變壓器耦合的。
圖中B1是把前級(jí)信號(hào)輸人到功率放大級(jí)的變壓器，叫做輸入變壓器; B2是把功率放大器的輸出功率耦合到負(fù)載的變壓器，叫做輸出變壓器; R1、R2是偏置電阻; Rs是用來穩(wěn)定工作點(diǎn)的電阻; C1、Cs是旁路電容，使輸入、輸出信號(hào)在電容上旁路(直接通過)，以免產(chǎn)生損耗。
對(duì)于功率放大器，因?yàn)樗ぷ髟诖笮盘?hào)狀態(tài)，如果用計(jì)算法來分析，顯得比較困難，又比較抽象，所以一般是用圖解法來分析和討論電路的。
(一)極限工作范圍
為了充分利用功率管,場效應(yīng)管一般都被設(shè)計(jì)在滿額運(yùn)行,但又不可超過它的極限參數(shù)。所以在討論時(shí)，可先根據(jù)場效應(yīng)管的極限參數(shù)，在特性曲線上劃出一個(gè)極限工作范圍，如圖3-2中陰影線勾出的部分。
(二)電源電壓
輸出變壓器B2的初級(jí)線圈在交變信號(hào)作用下，由于感應(yīng)電勢(shì)而在線圈中將出現(xiàn)自感電壓，它的方向是和電源電壓同向的(即上端為負(fù)、下端為正)。
(三)直流負(fù)載線
直流負(fù)載線應(yīng)是
兩點(diǎn)的連線。在這里漏極電阻RD是輸出變壓器B2的初級(jí)線圈，它的直流電阻幾乎為零，這樣UDs=0時(shí)，ID趨向無窮大,所以直流負(fù)載線是一條過ED而垂直于橫軸的直線，見圖3-3。
(四)交流負(fù)載線
最佳的交流負(fù)載線應(yīng)是非常貼近允許工作范圍的邊界而又不超出安全工作區(qū)的一根直線(圖3-3中的MN直線),以得到最大的輸出功率。
(五)工作點(diǎn)
直流負(fù)載線和交流負(fù)載線的交點(diǎn)(圖3-3中Q點(diǎn))就是靜態(tài)工作點(diǎn)，它的橫坐標(biāo)值UDs= ED,縱坐標(biāo)值為IDQ。
(六)交流等效阻抗
輸出變壓器B2的初級(jí)線圈，既是直流負(fù)載電阻，又是交流負(fù)載阻抗。在交流負(fù)載線作出后,就可確定B2初級(jí)線圈的交流等效阻抗。
(七)輸出功率
當(dāng)柵極加有信號(hào)電壓后，柵極電壓就不再停留在靜態(tài)工作點(diǎn)Q那個(gè)數(shù)值上(見圖3-6中的UGs2)。如果輸入信號(hào)電壓足夠大,且在UGso到UGs4間變動(dòng)，則漏極電流ID(圖中特性曲線左方)和電壓UDs (圖中特性曲線下方)也將作相應(yīng)的變化。
負(fù)載電路獲取的交流輸出功率P就是漏極電壓的交流成分和漏極電流的交流成分的乘積。對(duì)于正弦波信號(hào)來說，總是取有效值來計(jì)算的。如果用ID和UDs分別表示漏極電流和電壓的幅值,則它們的有效值將
從圖上可以看出:在沒有信號(hào)輸入時(shí)(即靜態(tài)時(shí)),場效應(yīng)管漏極電壓為ED,漏極電流為ID,這時(shí)沒有功率輸出。這個(gè)電壓、電流的乘積EDID所決定的能量全部消耗在場效應(yīng)管內(nèi)部，使場效應(yīng)管發(fā)熱，它對(duì)電源和場效應(yīng)管來說都是一種無用的損耗。
(八)效率
所謂放大器效率,是指放大器輸出的信號(hào)功率Psc與放大器由電源輸入的功率Psr的比值，它用η表示。對(duì)于單管變壓器耦合功率放大器
由此可知，單管功率放大器的最高效率只能達(dá)到50%，如果再把變壓器等損耗考慮進(jìn)去，則效率就更低了。為了使電路輸出功率最大，加在柵極上的信號(hào)電壓也應(yīng)有足夠的幅度。
在圖3-6中,要求漏極電壓能由UGso變到UGs4,否則就不能保證漏極電流和電壓有足夠的變化幅度,輸出功率也就不足。為此，在功率放大級(jí)前一定要把信號(hào)電壓經(jīng)過幾級(jí)電壓放大級(jí)的放大，以便達(dá)到功率放大級(jí)輸入端要求的幅值。
為了減少單管功率放大器的失真，其靜態(tài)工作點(diǎn)Q的位置,一般都選在接近負(fù)載線的中點(diǎn)。這樣，整個(gè)工作期間總有漏極電流存在，這種工作狀態(tài)叫做甲類工作狀態(tài)。放大器在甲類工作時(shí)靜態(tài)電流較大，這是由于電路效率低的緣故。所以在要求比較高的設(shè)備中，總是用憶類或甲乙類推挽功率放大器來作為功率輸出級(jí)的。
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