什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應用
功率放大器的輸入信號必須高于某個閾值。因此,不是直接將原始音頻/RF信號傳遞到功率放大器,而是先使用電流/電壓放大器對其進行預放大,并在進行必要的修改后將其作為輸入發(fā)送到功率放大器。
功率放大器的類型
根據(jù)連接的輸出設備的類型,功率放大器分為以下三種類型:
- 音頻功率放大器
- 射頻功率放大器
- 直流功率放大器
音頻功率放大器
這種類型的功率放大器用于增加較弱音頻信號的功率大小。在電視,移動電話等的揚聲器驅(qū)動電路中使用的放大器屬于此類別。
音頻功率放大器的輸出范圍從幾毫瓦(如耳機放大器)到數(shù)千瓦(如Hi-Fi /家庭影院系統(tǒng)中的功率放大器)。
射頻功率放大器
無線傳輸要求調(diào)制波要通過空氣長距離發(fā)送。使用天線發(fā)送信號,并且發(fā)送范圍取決于饋送到天線的信號的功率大小。
對于諸如FM廣播之類的無線傳輸,天線需要輸入功率為數(shù)千千瓦的信號。在此,射頻功率放大器用于將調(diào)制波的功率幅度增加到足以達到所需傳輸距離的水平。
直流功率放大器
直流功率放大器用于放大PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號的功率。它們用于需要大功率信號來驅(qū)動電動機或執(zhí)行器的電子控制系統(tǒng)。它們從微控制器系統(tǒng)獲取輸入,增加其功率,并將放大后的信號饋送到直流電動機或執(zhí)行器。
功率放大器類
有多種設計功率放大器電路的方法。每種電路配置的操作和輸出特性都互不相同。為了區(qū)分不同功率放大器電路的特性和性能,使用了功率放大器類,其中分配了字母符號以標識操作方法。
它們大致分為兩類。設計用于放大模擬信號的功率放大器屬于A,B,AB或C類。設計用于放大脈寬調(diào)制(PWM)數(shù)字信號的功率放大器位于D,E,F(xiàn)等之下。
最常用的功率放大器是音頻放大器電路中使用的功率放大器,它們屬于A、B、AB或C類。因此,讓我們詳細了解一下它們。
A類功率放大器
單個晶體管用于放大波形的正半部和負半部。這使它們的設計簡單,并使A類放大器成為最常用的功率放大器類型。盡管此類功率放大器已被更好的設計所取代,但它們?nèi)栽跇I(yè)余愛好者中很受歡迎。
在此類放大器中,即使沒有輸入信號,有源元件(用于放大的電子組件,在這種情況下為晶體管)也一直處于使用狀態(tài)。在正常配置的情況下,這會產(chǎn)生大量熱量并將A類放大器的效率降低到25%,在變壓器耦合配置的情況下,效率會降低到50%。
A類放大器的導通角(360度中用于放大的波形部分)為360°。因此,信號失真水平非常小,可以提供更好的高頻性能。
B類功率放大器
B類功率放大器旨在降低A類放大器中存在的效率和發(fā)熱問題。此類放大器使用兩個互補晶體管,而不是單個晶體管來放大整個波形。
一個晶體管放大波形的正一半,另一個晶體管放大波形的負一半。因此,每個有源器件導通波形的一半(180°),其中兩個導通時將放大整個信號。
由于采用了兩個晶體管設計,因此與A類放大器相比,B類放大器的效率有了很大提高。他們可以達到理論效率的75%左右。此類功率放大器用在電池供電的設備中,例如FM收音機和晶體管收音機。
由于波形的兩半重疊,因此在交叉區(qū)域存在很小的失真。為了減少這種信號失真,設計了AB類放大器。
AB類功率放大器
AB類放大器是A類和B類放大器的組合。此類放大器旨在減少A類放大器效率較低的問題以及B類放大器交叉區(qū)域的信號失真。
它可以像A類放大器一樣保持高頻響應,并像B類放大器一樣保持良好的效率。二極管和電阻器的組合用于提供很小的偏置電壓,從而減小了交叉區(qū)域附近的波形失真。因此,效率略有下降(60%)。
C類功率放大器
C類功率放大器的設計可實現(xiàn)更高的效率,但會降低線性度/傳導角(低于90°)。換句話說,為了提高效率而犧牲了放大的質(zhì)量。
較小的導通角意味著更大的失真,因此此類放大器不適用于音頻放大。它們用于高頻振蕩器和射頻信號的放大。
C類放大器通常包含一個經(jīng)過調(diào)諧的負載,該負載對特定頻率的輸入信號進行濾波和放大,而其他頻率的波形則被抑制。
在這種類型的功率放大器中,有源元件僅在輸入電壓高于某個閾值時才導通,從而降低了功耗并提高了效率。
其他功率放大器類
功率放大器D、E、F、G等用于放大PWM調(diào)制的數(shù)字信號。它們屬于開關(guān)功率放大器的類別,可將輸出不斷地打開或關(guān)閉,而其間沒有任何其他電平。
由于這種簡單性,屬于上述類別的功率放大器可以達到高達(90-100)%的理論效率。
應用領(lǐng)域
- 消費類電子產(chǎn)品:音頻功率放大器幾乎用在所有消費類電子設備中,從微波爐,耳機驅(qū)動器,電視,移動電話和家庭影院系統(tǒng)到劇院和音樂會增強系統(tǒng)。
- 工業(yè):開關(guān)型功率放大器用于控制大多數(shù)工業(yè)執(zhí)行器系統(tǒng),例如伺服器和直流電動機。
- 無線通信:高功率放大器對于向用戶傳輸蜂窩或FM廣播信號非常重要。由于功率放大器,更高的功率水平成為可能,從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和可用性。它們還用于衛(wèi)星通信設備中。
END
來源:網(wǎng)絡版權(quán)歸原作者所有,如有侵權(quán),請聯(lián)系刪除。
▍