单管功率放大电路的图解分析与应用

如图2-28所示，T1是输入变压器，其主要作用是变换阻抗和传输交流信号，目的是使输入信号亦具有一定的功率。T2是输出变压器，主要作用是阻抗变换并传输功率。R_b1、R_b2、R_e构成功放管的直流负反馈分压式偏置电路；C_b和C_e分别为基极和发射极的旁路电容。C_b将R_b1和R_b2交流短路，避免输入信号在偏置电阻上产生功率损耗。

输入信号u_i经输入变压器T1耦合到功放管V的输入端，产生信号电流i_b，经放大后集电极有相应的信号电流i_c，i_c经输出变压器T2将信号耦合到负载RL上。若将其直接接入集电极电路，则R_L上不能得到足够的功率；而经输出变压器适当变换阻抗，R_L可得到较大的功率。

图2-28 单管功率放大电路

如图2-28所示，变压器T2二次绕组上接负载电阻R_L，若忽略了变压器的漏感抗，则从一次侧看进去的等效交流电阻为

式中 N₁和N₂——变压器一次和二次绕组的匝数；

——匝数比。

例2-5 图2-28中，若扬声器的电阻R_L=8Ω，集电极电流有效值I_c=10mA，输出功率为P_o=20mW。试求输出变压器的电压比。若将扬声器直接接在集电极电路里，它可获得多大功率？

解R_L经输出变压器变换后，变压器一次侧的等效电阻阻抗为

输出的功率P_o=I²_cR_L′，所以有

输出变压器的电压比为

若将扬声器直接接入集电极电路，则获得功率为

P_o′=I²_cR_L=（10×10^-3）²×8mW=0.8mW

可见，此时P_o′仅为P_o的1/25。

下面通过图解法来分析单管功率放大电路的工作情况，如图2-29所示。

由于变压器T2一次绕组的直流电阻以及晶体管的发射极电阻R_e都很小，所以晶体管的集电极直流负载电阻很小，直流负载线很陡，几乎是一条通过点U_ceQ=E_c并且垂直于横轴的直线。直流负载线与基极偏置电流I_b的交点Q就是静态工作点。通过静态工作点Q作一条斜率为的直线MN就是交流负载线。

一般地，静态工作点Q和交流负载线MN应选在允许管耗线的左下方，并靠近管耗线。如果交流负载线的斜率选择适当，就可以获得最大输出功率。图2-29中给出了基极信号作用下集电极电流的变化波形，并可求出它们的变化幅度。

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图2-29 变压器输出的单管功率放大电路的图解分析

由图2-29可见，工作点移动范围由M到N，集电极电压的最大变化范围ΔU_ce≈2E_c，集电极电流的最大变化范围ΔI_cm≈2I_cQ。它们的最大幅度分别为U_cem及I_cm。集电极的输出功率应取集电极电流、电压有效值之积，即

式中 R_L′——变压器一次侧的等效电阻；

P_o——晶体管对输出变压器输出的功率或变压器一次侧所取的功率。

由于R_L′与晶体管的最佳负载值很接近，故P_o亦接近输出功率的最大值。

在实际负载上的功率P_L应考虑变压器的效率η，即

P_L=ηP_o （2-49）

电源供给的功率P_Ec为

P_Ec=I_cQE_c （2-50）

电源供给的功率除P_o消耗外，还有一部分消耗在晶体管的集电结上，称为管耗。忽略其余部分的功率损耗，则管耗P_c为

即

通过计算说明，放大电路在理想工作时，它的效率为

式（2-52）说明在理想情况下，有50%的功率消耗在晶体管内部，这是引起管子发热的主要因素。实际上，由于管子和变压器的损耗，它的效率只有30%～45%。

单管功率放大电路的静态工作点设在交流负载线中点。在信号的整个周期内，集电极电路都有电流通过，这种工作状态叫做甲类工作状态。其特点如下：

1）失真较小，效率不大于50%。

2）静态时，管耗P_c=P_Ec，达到最大值，效率很低。若工作点下移，I_cQ减小，静态功率也减小，但将会出现截止失真，因此单管功率放大电路一般只适用于小功率放大场合。