摘 要:本文根据甲、乙、甲乙、丙类放大电路的不同特性,利用multisim仿真分析要使末级功放工作在甲、甲乙、乙、丙类工作状态的静态工作点的设置。
关键词:功率放大器 静态工作点 仿真
功率放大电路的目的是放大输入功率。功放电路在工作的过程中既追求输出尽可能大的功率,也要兼顾效率和线性。功放电路在设计的过程中要特别注意以下四点:
其一,尽量大的输出功率。为了实现尽量大的输出功率,要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度,因此,功放管往往工作在极限的状态下。
其二,尽量提高功率转换效率。
其三,减小非线性失真。
其四,功放管的散热。为了便于仿真分析,本文采用的放大电路都是比较基本的共发射极NPN型SI管放大电路。
1 A (甲)类 放 大 器
甲类(Class-A)放大管是指在输入信号的整个周期内放大管都是导通状态。甲类放大管工作点在其线性部分中点,不论信号电平如何变化,放大器工作电流恒定不变。它是低效率的,由于信号幅度不断变化,其实际效率不可能超过25%,可由单管或推挽工作。对散热要求高。甲类放大器的优点是无交越失真和开关失真,而且谐波分量中主要是偶次谐波。
A(甲)类放大器的仿真图形为下图:
毫无疑问,在甲类工作状态下,Vbe只需要大于三极管的导通电压Vbe(on)即可,SI管的导通电压是0.7V左右,锗管的导通电压是0.3V左右。
2 B(乙)类放大器
乙类(Class-B)放大管是指只有在输入信号的正半周导通的放大管,乙类管多采用推挽式放大,放大器的偏置使推挽工作的晶体管(或电子管)在无驱动信号时,处于低电流状态。当加上驱动信号时,一对管子中的一只半周期内电流上升,而另一只管子则趋向截止。到另一个半周期,情况相反。由于两管轮流工作,必须采用推挽电路才能大完整的信号波形。乙类放大器的优点是效率较高,理论上可达78%,缺点是失真较大。
乙类放大管的静态工作点的仿真为:Vbe采用零偏置,即在三极管的be节之间不加直流电压。
3 甲乙类(Class-AB)
放大器在低电平驱动时,放大器为甲类工作,当提高驱动电平时,转为乙类工作。甲乙类放大器的长处在于它比甲类提高了小信号输入时的效率,随着输出功率的增大,效率有了增高,虽然失真比甲类大,然而至今仍是应用最广泛的晶体管功率放大器,趋向是越来越多的采用高偏流的甲乙类,以减少低电平信号的失真。
4 丙类(Class-C)
丙类功放是指其集电极电流导通时间小于半个周期的放大状态,导通角小于90度。它输出功率和效率特高,一种失真非常高的功放,一般用于调频发射机功率放大器上。
效率=Po/PE
功率=Uo*Io
5 放大器比较
从上述分析和比较,能够看出模拟全固态电视发射机的功率放大电路使用甲乙类放大,而模拟全固态调频发射机功率放大电路使用丙类放大的原因主要有两点:一是由于电视发射机的图像已调波和调频发射机的已调波原理和技术标准的要求;
二是电视和调频功率放大器的设计既要考虑减小失真,又要尽可能提高效率。