单场效应管功率放大器图详解

场效应管功率放大器

微弱的信号经过小信号放大器(或称前置放大器)逐级放大后，去控制某些执行机构，如喇叭、继电器等。而这些执行机构都需要一定的功率去推动，所以放大器的末级不仅要有大的电压输出，同时还要有大的电流输出(即大的功率输出)，这样的放大器叫做功率放大器。与小信号放大器相比，功率放大器由于任务不同而电路结构及工作状态均有所不同,其特点如下:

(1)考虑到经济指标，要最大限度地利用场效应管,场效应管必须处于极限工作状态。

(2)为了提高传输效率，电路结构大都采用推挽放大形式。下面将分别讨论几种不同形式的场效应管放大器。

单场效应管功率放大器

常用的单场效应管功率放大器见图3-1。为了使前后级阻抗匹配，以便把功率最大限度地送到负载，功率放大器一般是采用变压器耦合的。

图中B1是把前级信号输人到功率放大级的变压器，叫做输入变压器; B2是把功率放大器的输出功率耦合到负载的变压器，叫做输出变压器; R1、R2是偏置电阻; Rs是用来稳定工作点的电阻; C1、Cs是旁路电容，使输入、输出信号在电容上旁路(直接通过)，以免产生损耗。

对于功率放大器，因为它工作在大信号状态，如果用计算法来分析，显得比较困难，又比较抽象，所以一般是用图解法来分析和讨论电路的。

(一)极限工作范围

为了充分利用功率管,场效应管一般都被设计在满额运行,但又不可超过它的极限参数。所以在讨论时，可先根据场效应管的极限参数，在特性曲线上划出一个极限工作范围，如图3-2中阴影线勾出的部分。

(二)电源电压

输出变压器B2的初级线圈在交变信号作用下，由于感应电势而在线圈中将出现自感电压，它的方向是和电源电压同向的(即上端为负、下端为正)。

(三)直流负载线

直流负载线应是

两点的连线。在这里漏极电阻RD是输出变压器B2的初级线圈，它的直流电阻几乎为零，这样UDs=0时，ID趋向无穷大,所以直流负载线是一条过ED而垂直于横轴的直线，见图3-3。

(四)交流负载线

最佳的交流负载线应是非常贴近允许工作范围的边界而又不超出安全工作区的一根直线(图3-3中的MN直线),以得到最大的输出功率。

(五)工作点

直流负载线和交流负载线的交点(图3-3中Q点)就是静态工作点，它的横坐标值UDs= ED,纵坐标值为IDQ。

(六)交流等效阻抗

输出变压器B2的初级线圈，既是直流负载电阻，又是交流负载阻抗。在交流负载线作出后,就可确定B2初级线圈的交流等效阻抗。

(七)输出功率

当栅极加有信号电压后，栅极电压就不再停留在静态工作点Q那个数值上(见图3-6中的UGs2)。如果输入信号电压足够大,且在UGso到UGs4间变动，则漏极电流ID(图中特性曲线左方)和电压UDs (图中特性曲线下方)也将作相应的变化。

负载电路获取的交流输出功率P就是漏极电压的交流成分和漏极电流的交流成分的乘积。对于正弦波信号来说，总是取有效值来计算的。如果用ID和UDs分别表示漏极电流和电压的幅值,则它们的有效值将

从图上可以看出:在没有信号输入时(即静态时),场效应管漏极电压为ED,漏极电流为ID,这时没有功率输出。这个电压、电流的乘积EDID所决定的能量全部消耗在场效应管内部，使场效应管发热，它对电源和场效应管来说都是一种无用的损耗。

(八)效率

所谓放大器效率,是指放大器输出的信号功率Psc与放大器由电源输入的功率Psr的比值，它用η表示。对于单管变压器耦合功率放大器

由此可知，单管功率放大器的最高效率只能达到50%，如果再把变压器等损耗考虑进去，则效率就更低了。为了使电路输出功率最大，加在栅极上的信号电压也应有足够的幅度。

在图3-6中,要求漏极电压能由UGso变到UGs4,否则就不能保证漏极电流和电压有足够的变化幅度,输出功率也就不足。为此，在功率放大级前一定要把信号电压经过几级电压放大级的放大，以便达到功率放大级输入端要求的幅值。

为了减少单管功率放大器的失真，其静态工作点Q的位置,一般都选在接近负载线的中点。这样，整个工作期间总有漏极电流存在，这种工作状态叫做甲类工作状态。放大器在甲类工作时静态电流较大，这是由于电路效率低的缘故。所以在要求比较高的设备中，总是用忆类或甲乙类推挽功率放大器来作为功率输出级的。

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