推挽功率放大电路及其消除交越失真方法

1.电路组成

如图2-30所示，推挽功率放大电路是由两个型号相同、参数相近的晶体管V1和V2共同组成的。T1为输入变压器，它的二次侧采用带中心抽头的对称形式，供给两管基极大小相等、相位相反的输入信号。T2为输出变压器，它的一次侧采用带中心抽头的对称形式，以便将V1和V2的集电极电流合成为一个完整的波形，并耦合到二次侧负载上。

图2-30 推挽功率放大电路

2.工作原理

静态时，V1、V2都是截止的，此时电路不消耗功率。当加入正弦信号u_i的前半个周期时，T1的二次侧即有两个大小相等、相位相反的信号，分别加在V1、V2的基极。V2在这半个周期中因发射结受反向偏置而截止，i₂=0。V1因发射结正偏而导通，并起放大作用。集电极电流i_c1通过变压器T2使R_L上取得半周为正方向电流i_L。同理，当u_i为后半个周期时，V1截止，V2导通并放大，集电极电流i_c2通过T2使R_L上取得后半个周期为负方向的电流i_L。由此可知，两管的集电极电流是交替出现的，即一管工作一管截止。它们的工作情况好比两人拉锯，一推一拉，所以称为推挽功率放大器。

3.图解分析

将V1和V2的输出特性曲线一正一反画在一起，如图2-31所示。因为对两管的参数在理论上要求全部一致，故交流负载线共线时，两管都取得负载的最佳值。此时工作点在N₁与N₂之间移动，即工作点的动态范围是线段N₁N₂。如果有足够大的输入信号，则输入、输出电压的波形如图2-31所示。从图中可以看到，输出电流和电压都能合成一个完整的正弦波形。对于静态工作点Q，两管都选在动态范围的截止点上。这种运用方式称为乙类放大。

图2-31 推勉功率放大器的组合特性曲线及工作波形

4.功率计算

（1）输出功率 两管交替工作时共同输出的功率为

由式（2-50）可知，乙类推挽功放的输出功率P_o正比于I_cm、U_cem。若u_i=0，P_o=0；u_i幅值增大，P_o也增加。在极限运用时，U_cem=E_c，I_c=E_c/R_L′，则最大输出功率为

式中 R_L′——单边的最佳负载（即一管的最佳负载），；

P_om——输出功率最大值。(www.xing528.com)

（2）电源供给的功率 因为两管是交替工作的，因此由电源供给的电流平均值等于一个管在半个周期工作中电流的平均值，故电源供给的功率为

当输出功率达到最大值时，电源功率亦达到最大值。由式（2-54）和式（2-55）可知，电源功率最大值为

（3）推挽功率放大电路的效率 推挽功率放大电路在有交流功率输出时，忽略变压器损耗，其最大功率转换的效率为

从式（2-57）中可知效率与U_cem成正比。当U_cem很小时，效率很低。当U_cem≈E_c时，输出功率接近最大值，推挽功率放大电路效率的最大值是

5.失真分析

由于乙类推挽功率放大电路两晶体管的静态工作点是选在截止点上的（即I_b=0处），在变压器T1的二次侧加到发射结上的信号电压u_b1的起始阶段，i_b1基本为零。直到u_b1超过死区电压时，i_b1才迅速增加。这样，正弦信号加到功放管输入端时，得到的基极电流的波形（见图2-32）是失真的。经放大后，集电极电流i_c也产生失真。当两只功放管交替工作时，合成的输出电流在正、负半周交接处产生失真，这种失真称为交越失真。信号幅度越小，交越失真越严重。

图2-32 推挽功率放大器的交越失真

为了消除交越失真，在乙类推挽功放的基础上设置一个偏置电路，在输入信号为零时，使功放管工作在微导通状态，即功放管的正向偏压略大于死区电压，称它为甲乙类状态。

图2-33 甲乙类推挽功率放大电路

图2-33甲乙类推挽功率放大电路。图中R_b1、R_b2为偏置电阻，用来建立适当的起始偏置电压，以消除交越失真。为提高电路的稳定性，R_b1常用热敏电阻来代替。电阻R_e为稳定工作点的负反馈电阻，其阻值很小，只有几欧或零点几欧。