B类功率放大器
当集电极电流仅在输入信号的正半周期间流动时,该功率放大器被称为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处被放大。
下图显示了 B 类操作期间的输入和输出波形。
当施加信号时,电路在输入的正半周期内正向偏置,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,集电极电流消失。因此,只有正半周期在输出处被放大。
由于完全不存在负半周,信号失真度会很高。此外,当施加的信号增加时,功耗也会更大。但与甲类功放相比,输出效率有所提高。
那么,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,该B类放大器采用推挽配置。
B类推挽放大器
虽然B类功放的效率比A类功放高,但由于只使用了输入的半个周期,因此失真度较高。此外,输入功率也没有被完全利用。为了补偿这些问题,B类放大器中引入了推挽配置。
建造
推挽B类功率放大器的电路由两个相同的晶体管T 1和T 2组成,它们的基极连接到中心抽头输入变压器T r1的次级。发射极被短路,集电极通过输出变压器Tr2的初级获得V CC电源。
B类推挽放大器的电路布置与A类推挽放大器相同,只是晶体管在截止时被偏置,而不是使用偏置电阻。下图详细介绍了推挽式 B 类功率放大器的构造。
下面详细介绍B类推挽放大器的电路操作。
手术
上图所示的B类推挽放大器电路清楚地表明,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T 1和T 2处于截止状态,因此没有集电极电流流动。由于没有从 V CC汲取电流,因此不会浪费功率。
当给出输入信号时,它被施加到输入变压器Tr1,该变压器将信号分成两个彼此相位差180 °的信号。这两个信号被提供给两个相同的晶体管T 1和T 2。对于正半周期,晶体管T 1的基极变为正并且集电极电流流动。同时,晶体管T 2具有负半周期,这使得晶体管T 2处于截止状态,因此没有集电极电流流过。产生的波形如下图所示。
在下一个半周期,晶体管T 1进入截止状态,晶体管T 2进入导通状态,以贡献输出。因此,对于两个周期,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,I dc由下式给出
$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$
所以,
$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$
这里引入因子 2,因为推挽放大器中有两个晶体管。
集电极电流有效值 = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$
输出电压有效值 = $V_{CC} / \sqrt{2}$
最大功率理想条件下
所以,
$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{( I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$
现在整体效率最高
$$\eta_{总体} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$
$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$
$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$
收集器效率是相同的。
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
刚才讨论的推挽放大器提高了效率,但中心抽头变压器的使用使电路体积庞大、笨重且成本高昂。为了使电路简单并提高效率,所使用的晶体管可以互补,如下电路图所示。
上述电路采用以推挽配置连接的NPN晶体管和PNP晶体管。当施加输入信号时,在输入信号的正半周期期间,NPN晶体管导通,PNP晶体管截止。在负半周期间,NPN晶体管截止,PNP晶体管导通。
这样,NPN晶体管在输入的正半周期间放大,而PNP晶体管在输入的负半周期间放大。由于晶体管彼此互补,但在以 B 类推挽配置连接时对称地工作,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,因此重量和成本都降低了。
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。
很难获得一对具有相似特性的晶体管(NPN 和 PNP)。
我们需要正电源电压和负电源电压。