三防平板多级放大器往往用于对小信号电压进行放大,也称为电压放大电路。而三防平板功率放大器的输出要直接驱动一定的负载,如使扬声器发出声音、驱动电动机旋转等,它是以输出功率为主要技术指标的放大电路,此电路中的晶体管主要起能量转换作用,即把电源提供的直流电能转化为由信号控制的输出交变电能。由于目前功率放大器的类型和品种较多,所以要根据实际情况选择合适的三防平板功率放大器。
1.三防平板双电源互补对称型功率放大器
三防平板双电源互补对称型功率放大器又称为无输出电容功率(Output Capacitor Less,OCL)放大电路,图1所示为其内部电路,VT1、VT2分别为NPN和PNP型晶体管,并且输出特性相同,因此也称为互补对称晶体管。
当输入信号为零(ui=0)时,VT1、VT2截止,输出电流为0,负载电阻上没有电压(uo=0)。在静态时,放大电路不需要直流电源提供功率,其静态损耗为零;三防平板当加入正弦输入信号后,在正半周周期内,VT1因发射结正向偏置而导通,负载电阻RL上有电流流过,其方向自上而下,如图中ic1所示,VT2因发射结反向偏置而截止;在正弦输入信号的负半周周期内,VT2因发射结正向偏置而导通,RL上同样有电流通过,其方向自下而上,如图中ic2所示,此时VT1因发射结反向偏置而截止。对应于ui的一个周期,输出电流的正半周是ic1,负半周是ic2,从而可以合成一个完整的正弦波。
图1 双电源互补对称型功率放大器内部电路
三防平板对于互补对称晶体管VT1和VT2,在正弦输入信号ui作用下,每个晶体管导通半个周期,在负载上合成的电流和电压是完整的正弦波,按这种方式工作的电路称为互补电路。如果忽略VT1和VT2输入特性死区的影响,那么负载电阻RL上的电压波形与输入信号的波形相似。
2.单电源互补对称型功率放大器
三防平板上面介绍的互补对称型功率放大器在工作时需要双电源供电,如果实际中需要采用单电源互补对称型功率放大器,其内部电路如图2所示。由于在电路中去掉了负电源,所以需要接入一个容量大的电容C,该电容作用是在信号正半周时起到隔直通交,负半周放大时起到负向电压的作用。由于三防平板这种电路的输出端不连接变压器,所以称为无输出变压器(Output Transformer Less,OTL)功放电路。图5-18中的V1、V2是为了克服交越失真而接入的正向偏置电源,在实际电路中可用两个二极管来代替。
图2 单电源互补对称型功率放大器内部电路
静态时,三防平板调整晶体管发射极电位使UE=VCC/2。这样在输入信号作用下,输出电位uo以VCC/2为基准上下变化,并随VT1、VT2轮流导通实现双向跟随。由于电容C的容量足够大,使电容充放电回路时间常数远大于信号周期,因此在信号变化过程中,电容两端电压基本不变。对信号ui而言,C的容抗接近于0,因此能够把信号传给负载。而三防平板电容上具有的恒定电压VCC/2,则可看成信号负半周工作时VT2的直流电压源。
3.三防平板集成功率放大器(集成功放)
目前功率放大器都被做成集成化的器件,其种类很多,现以单电源的集成功率放大电路(Integrated Circuit Power Amplifier)LM384为例,对集成功放进行简单介绍。LM384功放的外部连接电路如图3所示,电路中的耦合电容(500 μF)用于驱动扬声器和保持运放输出电压为VCC/2。为了便于组件散热和降低连线端阻抗,输出端具有7个地线引脚(3、4、5、7、10、1l、12)。
LM384集成功放允许的最大电源电压 VCC为28 V。当VCC=26 V、R=8Ω时,可以获得输出电压的峰-峰值为22 V,三防平板相应的输出功率Pc=7.6 W,失真约为5%。当输出电压峰峰值减少到18 V时,输出功率会降到5.1 W,而失真却仅为0.2%。
图3 LM384集成功放的外部连接电路