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无线电电子与电气工程百科全书 功率放大器。 第一部分。 无线电电子电气工程百科全书
嗯，更准确地说，不是开始，而是结束，因为，就像真正的印第安人一样，猫和我（喵！ - 以下是猫的笔记）决定从输出阶段开始这个关于 UM 的传奇。 事实上，我必须为两个人承担责任，因为我们人类完全无法理解猫需要功率放大器这样的小玩意。 好吧，它们，猫，不明白这一点 - 当有人踩到它们的尾巴时，它们已经非常有力地大喊大叫。 （喵呜！） 是的，是的。 对不起，我并不邪恶。 好吧，我们不要拉着尾巴开始。 什么是功率放大器 - 此外，为简洁起见，我们将其称为 UM。 按照惯例，它的框图可以分为三部分： 所有这三个部件都执行相同的任务 - 将输出信号功率增加到可以驱动低阻抗负载（驱动器或耳机）的水平。 他们是如何做到的呢？ 非常简单 - 将 PA 的直流电源转换为交流电，但输出信号形状会重复输入信号形状。
这仅在图片中显示。 在输入端我们有一个小（喵！）信号，在输出端有一个大（喵！）信号。 与此同时，它的形态（喵！-喵！）却丝毫没有改变。 谢谢猫。 但不幸的是，一切都只在理论上是好的。 实际上，在设计无线电设备时，我们使用非理想电阻器、电容器，尤其是晶体管。 因此，输出信号的形状可能与输入信号有很大不同，这种问题称为失真。 放大器的所有级联都会对信号造成XNUMX戈比的损害，但其中大部分（我想说，一小部分零钱的一整卢布）是由最终级联在构造或计算不正确时带来的。 为什么失真不好？ 好吧，为了不引起煽动，请从本文中删除每五个单词。 发生了什么？ 不，意思当然还是很清楚，但已经有些不一样了不是吗？ 声音也是如此。 那么，让我们看看构建 PA 末级的各种方法，这些末级也称为放大器类别（或操作模式）。 可能听说过——A类放大器、AB类放大器——就是这样。 我们首先看一下 PA 输出级的总体原理图。
这是互补晶体管上的推挽输出级。 正如您所看到的，晶体管的基极电路包括形成每个晶体管工作点的初始偏移的电压源。 因此，这取决于该电压的值，该输出级将在哪种模式（类别）下工作。 好吧，让我们按顺序开始 - 模式 А . 我们将在相当大的偏置电压下获得这种模式
其中 I0 是该级的静态电流。 因此，两个晶体管都处于有源区，并且随着一个晶体管的集电极电流减少，另一个晶体管的电流增加。 所有这些舞蹈的结果是，我们获得了级联几乎完美的线性度，并且完全没有非线性失真。 但。 总有一个BUT，你注意到了吗？ 首先，电源消耗的功率等于输出信号功率的两倍，并且是与输入信号无关的恒定值。 也就是说，如果放大器的最大输出功率为100瓦，那么电源消耗的功率将为200瓦，并且无论您听音乐的音量是多少，都没有关系。 如果放大器是双声道的，即立体声呢？ 如果是家庭影院呢？ 更远。 如您所知，输出晶体管有一个变热的坏习惯。 也就是说，消耗一些力量。 在模式 A 的情况下，一个晶体管的功耗如下：
其中a是输出电压摆幅。 我们得到什么？ A类的另一个特点是输入信号越低，晶体管的功耗就越大。 也就是说，如果你让正在工作的放大器没有输入信号，它就会像火炉一样发热，因为在没有输入信号的情况下，晶体管的功耗等于放大器的最大输出功率。 顺便说一句，我想说这已经在实践中得到了测试 - 如果没有信号施加到其输入，我的 Technics A 900 Reference 实际上会发热更多 - 我一度对这种情况感到非常惊讶，甚至想将其拖动送修。 放大器的另一个重要参数是效率。 好吧，你明白的 - 由于晶体管如此发热，我们不会获得任何人类（喵！）或猫的效率。 效率计算如下：
其中，如上式所示，a 是输出电压的范围。 因此，效率不是恒定的，而是随着输入信号的增加而增加，因此输出功率也随之增加，并达到最大值 50%。 （要喝瓶啤酒吗？喵，不行啊，把半瓶倒进马桶，喝完剩下的半瓶，再跑一瓶。） 是的，就是这样，不过应该是指出这款啤酒非常棒。 确实，扔掉一半会更具冒犯性。 那么，总结一下——A类有什么好处呢？ 首先，出色的线性度和无失真 - 输出波形与输入波形保持相同。 但为此我们必须付出放大器致命的功耗和极低的效率的代价。 不是每个人都能做出这样的牺牲，而且这种放大器的操作模式仅用于非常高质量的Hi-End级系统，其成本从1000只被踩踏的浣熊起，它们看起来像异型棺材。 下一类放大器是 B 类放大器 就像上次一样，考虑互补晶体管上的推挽级联。
由于此模式下放大器的具体情况，电路略有简化。 正如您所看到的，这里绝对没有偏置，也就是说，晶体管仅根据输入信号打开。 因此，这种模式的特点是，在没有输入信号的情况下，两个晶体管都关闭，并且级联绝对不消耗任何电源 - I0 = 0。 在存在输入信号的情况下，晶体管交替工作 - 晶体管 T1 工作于正半波，晶体管 T2 工作于负半波。 让我们看看晶体管的功耗、效率和发热情况如何。 首先，我们引入一个特定的系数a——所谓的利用率系数。
即给定时刻的输出电压与最大输出电压的比值。 用人类的话来说，这个图显示了放大器目前的工作负载——要么以极快的速度将电子拖入桶中——a=1，要么甚至休眠——a=0。 因此，输出功率根据以下公式计算：
工作晶体管的功耗：
能量消耗：
嗯，一般来说，在模式 B 的情况下，一切都是公平的 - 功耗随着输入信号的增加而增加，相应地，输出功率也会增加。 a=1时最大功耗达到
效率也随着信号电平的增加而增加，达到 78,5%。 嗯，这是完全不同的事情。 （喵！嗯，是的——倒20%的啤酒不是50%。） 所以我们似乎遗漏了一些东西。 嗯，可以肯定的是——他们忘记了扭曲。 还有所有的猫和他的啤酒。 分散注意力。 所以，让我们看看扭曲。
呃呃……这就是我们得到的——看看发生了什么。 在纯类中，一个非常大的 mmm 等待着我们......（喵！屁股！） 嗯，是的，类似的东西 - 非线性，或者也称为第一类瞬态扭曲。 您会看到 - 在图表上 - 与输入信号中那样的正弦波平滑地穿过零不同，我们通常会得到一定宽度的下降 - 也就是说，信号完全消失的时刻 - 没有。 为什么会发生这种情况？ 问题是，为了使晶体管打开并开始工作，需要向基极施加一些阈值电压 - 对于硅双极晶体管，该阈值电压为 1 伏。
这就是我们得到的。 假设正半波的幅度开始减小。 晶体管T1开始截止。 当第一个半波的值下降到0,7伏以下时，T1关闭，但T2尚未打开，只有当信号进入负半波且其值达到一个电压时，T0,7才会打开-1,4伏。 因此，我们在信号中得到一个宽度为 20 伏的空洞。 啊啊啊，我们现在该怎么办啊？ （喝啤酒，XNUMX%倒马桶里，喵！） 好吧，为了不以悲伤的方式结束这一部分，我先说这个问题的解决方案已经找到了，很久以前就找到了，它被称为模式 AB 。 信号质量和功率参数之间的一些折衷。 但我们将在下一部分中考虑这一点。 （我们还将考虑 D 类 - 数字放大器，喵！） 出版：radiokot.ru
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