B类和AB类推挽式放大器.doc

B类和AB类推挽式放大器发布时间:2011-12-17 9:22:41 访问次数:456 如果放大器偏压在截止区，使得在输入信号周期的前180。工作于线性区，后180。工作于截止区，则这种放大器属于B类放大器。AB类放大器的偏压则让导通角稍大于180。B类或AB类放大器都比A类放大器更有效率，这是他们的优点；也就是说，如果输入相同的功率，可以由B类或AB类放大器取得较大的输出功率。但足B类或AB类放大器的电路，若要将输入信号线性放大，会比较困难。我们也将会学习到，为了尽量在输出端取得与输入信号波形相同的信号，推挽( push-pull)式电路是B类或AB类放大器常用的形式。 在学完本节后，我们应该能够：解释与分析B类或AB类放大器的工作原理；解释B类放大器的工作原理；参与讨论B类放大器Q点的位置；描述B类推挽式放大器的工作原理；解释交越失真及其原因；解释AB类放大器的工作原理；分析AB类推挽式放大器；计算最大输出功率；计算直流输入功率；计算B类放大器最大效率；计算输入阻抗；分析达林顿推挽式放大器；参与讨论推挽式放大器的驱动方法。 1.B类放大器工作原理 图9.6显示的是在时间轴上，B类( class B)放大器输出与输入波形的比较。 B类放大器偏压在截止点，所以ICQ=0且VcsQ=VCE(cutoff)。当输入信号使晶体管进入导通状态时，晶体管将离开截止点而工作在线性区。这种情况可以用图9.7的发射极跟随器线路加以说明，我们可以看到，输出波形与输入波形并不相同。 2.B类推挽式放大工作原理 我们已经看到，图9.7电路只在输入信号正半周导通。若要在整个周期都执行放大功能，必须加上一个在负半周导通的B类放大器。两个一起工作的B类放大器组合，称为推挽式( push-pull)操作。 有两种方式可运用推挽式放大器在输出端产生整个波形。第一种方式使用变压器耦合。第二种方式使用互补对称武晶体管( complementary symmetry transistors)；也就是一对互相配对的NPNlPNP BJT，或是一对互相搭配使用的N沟道或P沟道FET。 (1)变压器耦合 变压器耦合( transformer coupling)电路显示在图9.8。输入变压器的次级线圈具有中间抽头，此抽头连接到接地端，因而造成次级线圈两端互为反相。因此变压器将输入信号转换成两个相位相反的信号，再分别提供给两个晶体管。请注意，两个晶体管都属于NPN型。因为信号相位相反，Qi将会在正半周导通，Q2将会在负半周导通。虽然两个晶体管总是有一个处于截止状态，再次利用有中间抽头的初级线圈，输出变压器可以将两个晶体管的输出信号组合在一起。正电源电压连接到输出变压器初级线圈的中间抽头位置。 (2)互补对称式晶体管 图9.9显示B类推挽式放大器最常见的形式，其中使用两个发射极跟随器，以及具有正电压与负电压的两个电源供应。因为一个发射极跟随器使用NPN晶体管，另一个使用PNP晶体管，两个在各自输入周期的相反半周内导通，所以是互补式放大器。请注意，两个晶体管的基极都没有加上直流偏置电压，即VB =0。所以都是直接利用信号电压来驱动晶体管进入导通状态。在输入信号的正半周内，Q1导通；在输入信号的负半周内，Q2导通。 (3)交越失真 当基极直流电压为零时，两个晶体管都截止，输入信号电压必须超过VBE，才会使晶体管导通。因为这样，输入信号在正半周与负半周的交替过程中，会有一段时间没有一个晶体管是导通的，如图9. 10所示。因为这样而造成的输出波形失真称为交越失真(crossover distortion)。 3.AB类推挽式放大器的偏压方式 要克服交越失真，可以将基极的直流偏压调整到刚好能够克服晶体管的V BE，这种修正过的工作模式称为AB类(class AB)。在AB类操作中，即使没有输入信号出现，放大器的推挽这一级也是施加偏压成稍微导通的状态。这可以利用分压器以及二极管的配置来完成，如图9. 11所示。如果D，与Dz的二极管特性能够与晶体管基极一发射极结特性紧密配合，二极管中的电流与晶体管中的电流会相等；这神情况称为电流镜像( cur-rent mirror)。电流镜像可以产生所需要的AB类操作，因此消除交越失真。 在偏压电路中，R1和R2电阻值相等，可以提供正负电源电压。这样可以强迫两个二极管间的A点电压为零，所以就没必要加上输入耦合电容器。输出端的直流电压也是ov。假设两个晶体管与两个二极管都相同，D1电压降等于Q2的VBE，D2电压降等于Q2的VBE。既然它们的特性相配合，二极管电流将与IcQ相同。二极管电流IcQ与可以在R1或R2上，运用欧姆定律求得 ICQ=Vcc-0.7V/R1 AB类放大器工作所需的这个微小电流能够消除交越失真，但是如果晶体管与二极管电压降没有匹配适当，或是如果二极管与晶体管没有达到热平衡，这个电流就会有热不稳定性的潜在可能。功率晶体管产生的热量会降低基极一发射极间的电压，并使电流增加。如果二极管也上升相同温度，电流就能移稳定；但是如果二极管的温度比晶体管低，IcQ就会增加得更多。这种情况下热量将不断地产生，称为热跑脱(thermal runa-way)。为防止这种情况发生，二极管必须和晶体管保持相同的环境温度。在某些情况，每个晶体管的发射极端加上小电阻可以减缓热跑脱的现象。 交越失真也会发生在变压器耦合放大器中，例如图9.8的电路，要消除这种情况，可在输入变压器的次级端加上0. 7V的偏压，就可刚好令两个晶体管导通。利用电源供应器和一个二极管就能产生所需的偏压，如图9. 12所示。 考虑图9.11AB类放大器的Q1交流负载线。Q点稍微在截止点上方。（而在真正的B类放大器，Q点则在截止点上）。对双电源电路而言，IcQ如前面计算式所示，交流截止电压则是Vcc。双电源推挽式放大器的交流饱和电流为 Ic(sat)=Vcc/RL (9.5) NPN晶体管的交流负载线，如图9.13所示。交流负载线则是通过VCEQ与直流饱和电流IC(sat)这两点的直线。不过，直流饱和电流是两个晶体管的集电极对发射极都短路时的电流。而此时两个电源供应器之间也会短路，这将使电源供应器产生最大电流，所以意味着直流负载线会垂直通过截止点，如下图所示。沿着直流负载线的操作可以产生相当高的电流，比如由热跑脱引起的情况，可能会烧坏晶体管。 图9.14(b) AB类放大器的Q1交流负载线显示在图9.14(a)中。图中显示，信号在交流负载线的粗线段区域内变化。在交流负载线的上端，晶体管电压Vce最小，而输出电压最大。 在最大值的情况下，晶体管Q和Q2会彼此交替从截止点附近驱动到饱和点附近。输入信号的正半周内，Q1发射极从Q点的o值变化到接近Vcc值，产生比Vcc小一点的正峰值电压。同样地，在输入信号的负半周，Q2发射极从Q点的0值变化到接近-V cc值，产生约等于-Vcc的负峰值电压。虽然在饱和电流附近工作是可能的，但是在这种区域工作会产生更多的信号矢真。式(9.5)的交流饱和电流也是输出电流的峰值。每个晶体管基本上可以在整个负载线区域工作。记得在A类放大器中，晶体管也是