B 类功率放大器

当集电极电流仅在输入信号的正半周期内流动时,功率放大器称为 B 类功率放大器

B 类操作

B 类操作中晶体管的偏置方式是,在零信号条件下,不会有集电极电流。工作点选择为集电极截止电压。因此,当施加信号时,只有正半周期在输出端被放大。

下图显示了 B 类操作期间的输入和输出波形。

B 类操作

当施加信号时,电路在输入的正半周期正向偏置,因此集电极电流流动。但在输入的负半周期间,电路反向偏置,集电极电流将不存在。因此,输出端仅正半周被放大。

由于负半周完全不存在,信号失真会很高。此外,当施加的信号增加时,功率耗散会更多。但与 A 类功率放大器相比,输出效率提高了。

好吧,为了最大限度地减少缺点并实现低失真、高效率和高输出功率,此 B 类放大器采用推挽配置。

B 类推挽放大器

虽然 B 类功率放大器的效率高于 A 类,但由于仅使用输入的半个周期,因此失真很高。此外,输入功率未得到完全利用。为了弥补这些问题,B 类放大器引入了推挽配置。

构造

推挽式 B 类功率放大器的电路由两个相同的晶体管 T1 和 T2 组成,它们的基极连接到中心抽头输入变压器 Tr1 的次级。发射极短路,集电极通过输出变压器 Tr2 的初级获得 VCC 电源。

B 类推挽放大器的电路布置与 A 类推挽放大器的电路布置相同,只是晶体管在截止时偏置,而不是使用偏置电阻。下图给出了推挽式 B 类功率放大器的构造细节。

推挽构造

下面详细介绍了 B 类推挽放大器的电路操作。

操作

上图所示的 B 类推挽放大器电路清楚表明两个变压器都是中心抽头的。当输入端没有施加信号时,晶体管 T1 和 T2 处于截止状态,因此没有集电极电流流动。由于没有从 VCC 汲取电流,因此不会浪费功率。

当给出输入信号时,它会被施加到输入变压器 Tr1,它将信号分成两个彼此相位相差 180o 的信号。这两个信号被提供给两个相同的晶体管 T1 和 T2。对于正半周期,晶体管 T1 的基极变为正极,集电极电流流动。同时,晶体管 T2 具有负半周期,这使晶体管 T2 处于截止状态,因此没有集电极电流流动。波形如下图所示。

推挽操作

对于下一个半周期,晶体管 T1 进入截止状态,晶体管 T2 进入导通状态,以贡献输出。因此,对于这两个周期,每个晶体管交替导通。输出变压器 Tr3 用于连接两个电流,产生几乎不失真的输出波形。

B 类推挽放大器的功率效率

每个晶体管中的电流是半正弦环路的平均值。

对于半正弦环路,Idc 由以下公式给出

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

因此,

$$(p_{in})_{dc} = 2 imes \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} imes V_{CC} ight ]$$

这里引入了因子 2,因为推挽放大器中有两个晶体管。

集电极电流的 R.M.S. 值 = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

R.M.S.输出电压值 = $V_{CC} / \sqrt{2}$

在最大功率的理想条件下

因此,

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} imes \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} imes V_{CC}}{2}$$

现在整体最大效率

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} imes V_{CC}}{2} imes \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} imes V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

集电极效率相同。

因此,B 类推挽放大器比 A 类推挽放大器提高了效率。

互补对称推挽 B 类放大器

刚刚讨论的推挽放大器提高了效率,但使用中心抽头变压器会使电路变得笨重、沉重且成本高昂。为了使电路简单并提高效率,可以对使用的晶体管进行互补,如下面的电路图所示。

Complementary

上述电路采用 NPN 晶体管和 PNP 晶体管以推挽配置连接。当加输入信号时,在输入信号的正半周,NPN三极管导通,PNP三极管截止;在输入信号的负半周,NPN三极管截止,PNP三极管导通。

这样,NPN三极管在输入的正半周起放大作用,而PNP三极管在输入的负半周起放大作用。由于晶体管彼此互补,但在 B 类推挽配置中连接时却对称地起作用,因此该电路被称为互补对称推挽 B 类放大器

优点

互补对称推挽 B 类放大器的优点如下。

  • 由于不需要中心抽头变压器,因此重量和成本降低。

  • 不需要相等和相反的输入信号电压。

缺点

互补对称推挽 B 类放大器的缺点如下。

  • 很难获得具有相似特性的一对晶体管(NPN 和 PNP)。

  • 我们要求正极和负极都为正极。负电源电压。