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電子學 第八版 Floyd. 第七章. 摘要. 功率放大器. 功率放大器 是可以在輸出端產生一個複製輸入信號的一個大信號放大器。在這個情況下顯示輸出是輸入的反相複製品。. 通常功率放大器的熱散逸問題是必須被考慮 ( 大約 1W 或 1W 以上 ) 。. I. C. I. c(sat). 交流負載線. Q. I. CQ. 直流負載線. V. 0. V. V. CE. ce(cutoff). CEQ. 摘要. A 類功率放大器. A 類功率放大器 是一個在線性區動作的大信號放大器。. 理想上 A 類功率放大器是在交流負載線的中心動作 。.

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Presentation Transcript
slide1

電子學

第八版

Floyd

第七章

slide2

摘要

功率放大器

功率放大器是可以在輸出端產生一個複製輸入信號的一個大信號放大器。在這個情況下顯示輸出是輸入的反相複製品。

通常功率放大器的熱散逸問題是必須被考慮(大約1W 或1W 以上)。

slide3

I

C

I

c(sat)

交流負載線

Q

I

CQ

直流負載線

V

0

V

V

CE

ce(cutoff)

CEQ

摘要

A類功率放大器

A類功率放大器是一個在線性區動作的大信號放大器。

理想上A類功率放大器是在交流負載線的中心動作。

注意到一個A類放大器的直流放大器散逸在沒有信號時最大。直流功率散逸是ICQ與 VCEQ的乘積。

slide4

摘要

A類功率放大器的效率

功率增益是傳送給負載的功率與輸入功率的比值。傳送到負載的最大信號功率不會大於 0.5 ICQVCEQ。

A類功率不是很有效率,因此限制在低功率應用。一個A類放大器的最大理論的效率是0.25(或者 25%),實際上還會更低。

問題:

傳送到負載的功率是200mW,電壓源在400mA時是12V試求這個放大器的效率是多少?

6.7%

slide5

V

CC

+12

V

R

1

W

10 k

C

1

V

Q

in

1

m

0.22 F

Q

2

C

2

V

R

out

2

W

22 k

R

m

100 F

揚聲器

E

W

22

W

8

2 W

摘要

A類功率放大器

例題:

  • 假如輸入信號是3Vpp,預期在揚聲器的電壓是多少?(b)傳送到揚聲器的功率是多少?

解答:

(a) 這個CC 放大器增益接 近1。輸出電壓接近輸 入電壓等於3Vpp。

(b):傳送到喇叭的功率是:

= 140 mW

slide6

V

CC

+12

V

R

1

W

10 k

C

1

V

Q

in

1

m

0.22 F

Q

2

C

2

V

R

out

2

W

22 k

R

m

100 F

揚聲器

E

W

22

W

8

2 W

摘要

A類功率放大器

後續:

在輸入電壓是3 Vpp時,輸入功率是多少?功率增益是多少?假設達靈頓 b = 10,000。

解答:

=0.183 mW

功率增益是:

= 769

注意到這近似於 140 mW/0.183 mW

slide7

摘要

A類功率放大器

先前例子的電路可以用Mulitisim模擬檢查

輸入軌跡(紅)和輸出軌跡(藍)幾乎是相同。

slide8

Q

1

輸入

輸出

npn

變壓器

變壓器

V

V

V

s

out

CC

Q

2

npn

摘要

推挽式放大器

推挽式放大器是用兩個電晶體在一起工作。一個在正半週導通。另一個在負半週導通。這是B類操作。

slide9

摘要

推挽式放大器

在增加一個順向二極體,信號不用去克服基極-射極的順向偏壓。這是AB類操作。

注意這兩個電晶體都是 npn型

slide10

摘要

推挽式放大器

互補對稱的推挽式放大器使用一個npn電晶體和另一個工作在負半週的pnp電晶體。

這二個二極體使電晶體偏壓在輕微導通。因為這個輕微導通,使電晶體在AB類操作和導通稍微的超過輸入週期的1/2。

問題:

AB類動作比B類動作的優點是什麼?

可以消除交越失真

slide11

I

C

交流

負載線

I

(

)

c

sat

I

Q-點

c

I

CQ

V

CE

V

CEQ

V

ce

摘要

推挽式放大器

npn互補推挽式放大器的交流負載線如圖所示 。

注意Q點靠近負載線的右邊末端附近 。

Ic(sat)是由負載電阻決定,並且求得:

slide12

摘要

推挽式放大器

例題:

繪出npn電晶體的交流負載線。

解答:

在Ic(sat)和VCC之間繪出交流負載線。

IC

0.5 A

VCE

+15 V

slide13

摘要

推挽式放大器

最大峰值電壓總是比電壓源小,在這放大器顯示,最大輸出電壓約+10V,因為在輸入的峰值時需要最大的偏壓電流。

對一個固定的負載電阻,使用較小的偏壓電阻或更高β的電晶體(例如達靈頓電晶體),能使峰值電壓更大。

slide14

摘要

推挽式放大器

雖然互補對稱推挽放大器顯示有好的功率增益和效率,但是他沒有任何電壓增益。

問題:

為什麼沒有電壓增益?

每個電晶體都是CC放大器。

slide15

摘要

推挽式放大器

這裡,達靈頓電晶體已經取代單一的電晶體,偏壓電阻器變大(較少功率消耗),額外增加了兩個二極體。由於達靈頓電晶體,儘管使用了較大的偏壓電阻,最大的輸出電壓可以更大。

問題:

在這個電路為什麼使用四個二極體?

每個輸入端有兩個基極-射極的偏壓。

slide16

摘要

推挽式放大器

在實驗手冊的電路,使用直接交連的共射放大器去推動推挽放大器,在這個電路CE放大器是推挽放大器的偏壓路徑。

問題:

若要使電路在理想設定,如何調整R5?

0 V

監看直流輸出電壓,然後調整使它等於 0V。

slide17

摘要

C類放大器

C類放大器偏壓成導通,遠遠少於180度,它們常常使用在射頻應用。例如RF振盪器和調變器。

當輸入信號超過 |VBB| + VBE時電晶體才導通。因為C類放大器只有在很小比例的時間內導通,因此其效率非常高 。

slide18

摘要

C類放大器

C類放大器常用在振盪器。並聯諧振電路接在集極,且由每個輸入週期的集極電流短暫脈衝來維持振盪。

slide19

摘要

C類放大器

具有箝位偏壓的電路,偏壓電阻被接地,C1被充電(透過基極-射極間的二極體)到比正峰值電壓少 0.7 V。

除了在輸入的峰值附近,箝位電路的電晶體大部分都是截止狀態R1C1時間常數必須要遠大於輸入信號的週期。

slide20

+15 V

0.0 V

-3.0 V

-15 V

摘要

故障檢修

假定最近結構的推挽放大器只顯示交流輸出信號的下半部分。你如何去找出問題?

你必須從DC測量開始,

檢查直流電壓,將發現

這不是期待的讀值!

你可以指出問題在哪裡?

二極體D2可能開路。拆下二極體並檢查。

slide21

選擇重要詞彙

A類

(Class A)

功率增益

(Power gain)

效率

(Efficiency)

B類

(Class B)

完全工作於線性區域的放大器型態。

放大器輸出功率與輸入功率的比值。

輸出到負載的功率與電源輸入功率的比值。

因為偏壓在截止點上,所以只能工作於輸入週期的180度線性區域的放大器型態。