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什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應(yīng)用

發(fā)布時(shí)間:2021-06-02 責(zé)任編輯:lina

【導(dǎo)讀】功率放大器是一種電子放大器,旨在增加給定輸入信號(hào)的功率幅度。輸入信號(hào)的功率增加到足以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器、耳機(jī)、RF發(fā)射器等輸出設(shè)備負(fù)載的電平。與電壓/電流放大器不同,功率放大器被設(shè)計(jì)為直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載并用作最終模塊在放大鏈中。
 
功率放大器是一種電子放大器,旨在增加給定輸入信號(hào)的功率幅度。輸入信號(hào)的功率增加到足以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器、耳機(jī)、RF發(fā)射器等輸出設(shè)備負(fù)載的電平。與電壓/電流放大器不同,功率放大器被設(shè)計(jì)為直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載并用作最終模塊在放大鏈中。
 
功率放大器的輸入信號(hào)必須高于某個(gè)閾值。因此,不是直接將原始音頻/RF信號(hào)傳遞到功率放大器,而是先使用電流/電壓放大器對(duì)其進(jìn)行預(yù)放大,并在進(jìn)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(shè)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(hào)的功率大小。在電視,移動(dòng)電話等的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)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(jī)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(zhǎng)距離發(fā)送。使用天線發(fā)送信號(hào),并且發(fā)送范圍取決于饋送到天線的信號(hào)的功率大小。
 
對(duì)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(hào)。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(dá)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(hào)的功率。它們用于需要大功率信號(hào)來驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)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(hào)饋送到直流電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器。
 
功率放大器類
 
有多種設(shè)計(jì)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(hào)以標(biāo)識(shí)操作方法。
 
它們大致分為兩類。設(shè)計(jì)用于放大模擬信號(hào)的功率放大器屬于A,B,AB或C類。設(shè)計(jì)用于放大脈寬調(diào)制(PWM)數(shù)字信號(hào)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?cè)敿?xì)了解一下它們。
 
A類功率放大器
 
模擬波形由正高點(diǎn)和負(fù)低點(diǎn)組成。在此類放大器中,整個(gè)輸入波形都在放大過程中使用。
 
單個(gè)晶體管用于放大波形的正半部和負(fù)半部。這使它們的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)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(shè)計(jì)所取代,但它們?nèi)栽跇I(yè)余愛好者中很受歡迎。
 
什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應(yīng)用
 
在此類放大器中,即使沒有輸入信號(hào),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(huì)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(huì)降低到50%。
 
A類放大器的導(dǎo)通角(360度中用于放大的波形部分)為360°。因此,信號(hào)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(gè)互補(bǔ)晶體管,而不是單個(gè)晶體管來放大整個(gè)波形。
 
一個(gè)晶體管放大波形的正一半,另一個(gè)晶體管放大波形的負(fù)一半。因此,每個(gè)有源器件導(dǎo)通波形的一半(180°),其中兩個(gè)導(dǎo)通時(shí)將放大整個(gè)信號(hào)。
 
什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應(yīng)用
 
由于采用了兩個(gè)晶體管設(shè)計(jì),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(dá)到理論效率的75%左右。此類功率放大器用在電池供電的設(shè)備中,例如FM收音機(jī)和晶體管收音機(jī)。
 
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(hào)失真,設(shè)計(jì)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(hào)失真。
 
什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應(yīng)用
 
它可以像A類放大器一樣保持高頻響應(yīng),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(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)更高的效率,但會(huì)降低線性度/傳導(dǎo)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(dǎo)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(hào)的放大。
 
C類放大器通常包含一個(gè)經(jīng)過調(diào)諧的負(fù)載,該負(fù)載對(duì)特定頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波和放大,而其他頻率的波形則被抑制。
 
什么是功率放大器?詳解功放的類型、類別和應(yīng)用
 
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(gè)閾值時(shí)才導(dǎo)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(hào)。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(jiǎn)單性,屬于上述類別的功率放大器可以達(dá)到高達(dá)(90-100)%的理論效率。
 
應(yīng)用領(lǐng)域
 
以下是功率放大器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用:
 
消費(fèi)類電子產(chǎn)品:音頻功率放大器幾乎用在所有消費(fèi)類電子設(shè)備中,從微波爐,耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器,電視,移動(dòng)電話和家庭影院系統(tǒng)到劇院和音樂會(huì)增強(qiáng)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(dòng)機(jī)。
 
無線通信:高功率放大器對(duì)于向用戶傳輸蜂窩或FM廣播信號(hào)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(shè)備中。

 
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