功率放大电路的关键问题是什么(功率放大电路的关键问题是)

导语：功率放大电路的关键问题

我们常用的喇叭（扬声器）常常需要使用功率放大器才能使其发出声音，随着科技的发展，现在有很多输出功率大且集成在封装的IC可以作为功率放大器，并且功率放大器会随着输出功率的增大而发热，这可能导致在IC内部电性能发生变化，所以在设计中，需要注意因温度引起的稳定性问题。这里，功率放大电路使用共发射极放大电路与射极跟随器相组合，来设计、制作使扬声器发声的简单功率放大器。

关键词：功率放大器；共发射极放大电路；射击跟随器

设计之前需要考虑功率放大电路的几个关键问题：

1、电压放大与电流放大；

2、简单的推挽电路；

3、对开关失真进行修真；

4、防止热击穿；

5、抑制空载电流随温度的变动

电压放大与电流放大

图1-1表示功率放大电路的框图，将输入信号的电压放大之后进行电流放大以驱动扬声器等负载。

图1-1 功率放大电路的框图

制作电压放大级，通常可用共发射极或者共基极以及源接地或者栅接地的有电压增益的电路。这些电路仅进行电压放大，因电路的电流小，所以没有发热的问题。

制作电流放大级，要对电压放大级放大后的电平信号进行处理，且由于进行电流放大需流过大电流，常采用射极跟随器的方式，所以晶体管变得很热，存在严重的发热问题。

简单的推挽电路

为了增大射击跟随器的输出电流，常采用推挽的方式，基本结构如图1-2所示：

图1-2 推挽电路的基本结构

图1-2中无信号时，三极管Tr1和Tr2截止、空载电流没有流动的情况，这种情况不需要考虑温度稳定性的问题。但是这种电路存在开关失真大的缺点，所以需要对其进行修正。

对开关失真进行修改

图1-3左边是对晶体管的基极-发射极间电压Vbe用二极管的正向压降Vf进行抵消、进而来消除开关失真的电路。

晶体管Vbe的值具有温度越高就越小的负温度系数（-2.5mV/℃）。因此，由这样的电路取出大量负载电流时，三极管Tr1和Tr2的温度就升高，Vbe的值就变小，然而，即使Tr1和Tr2的温度变高，二极管D1和D2上流动的电流变化也不大，所以其正向压降Vf也几乎是一定值，也就是Vf≈Vbe的关系被破坏，而成为Vf>Vbe。这样一来，在Tr1和Tr2中，与Vf和Vbe之差相对应的基极电流流动，为基极电流提供了Hfe倍的集电极电流作为空载电流而流动，这样，进一步增加了集电极电流，使得集体管的温度变得更高，Vf和Vbe的电压差变大，集电极电流变得更大，最后导致Tr1和Tr2发生热击穿，所以需要采取措施对热击穿进行保护。

图1-3 加二极管修正开关失真

防止热击穿

图1-4是在图1-3电路中接入发射极电阻来吸收Vf与Vbe的电压差，从而限制发射极电流的电路。空载时的集电极电流被限制在（Vf-Vbe）/R,该电路比图1-3更加安全，但想减少空载时的集电极电流，则必须增大R的值。

例如，Vf与Vbe的电压差为100mV时（D1，D2与Tr1、Tr2的温度差40℃，约产生100mV的电压差），为了将空载时的集电极电流控制在在10MA，则必须设定R=10Ω。

这样一来，即使射极跟随器的输出阻抗为0，该电路的输出阻抗也为Z0=10Ω，因该发射极电阻引发的损失，在大电流输出的电路中就不能驱动如扬声器那样的低阻抗负载（扬声器的阻抗为6~8Ω）。

但是，该电路因温度产生的电压差仅由电阻吸收，所以没有根本地解决空载电流随温度变动的问题。

图1-4 防止热击穿电路

抑制空载电流随温度的变化

图1-5是在射极跟随器的晶体管与偏置电路中使用晶体管进行热耦合的电路。随着温度的变化，偏置电压发生变化，以达到根本解决空载电流随温度变动的问题。

图1-5 温度稳定度好的偏置电路

在该电路中，如设Tr1的基极-发射极间电压为Vbe，则Tr1的基极偏置电路Ra、Rb上流动的电流i为：

另一方面，Tr1的集电极-发射极间电压Vb（约等于Tr2与Tr3的偏置电压）为：

将式（1.2）代入到式（1.1）中，得：

总之，改变Ra与Rb之比，可以将Vb设定为Vbe1的任意倍。在图1-5的电路中，必须对Tr2与Tr3的基极-基极间电压设定在晶体管的两个Vbe上（=Vbe2+Vbe3）。因此，如设Ra=Rb，则Vb=2Vbe1（2个Vbe），从而取得电压的平衡（这里，认为Vbe1=Vbe2=Vbe3）。进而，由于Tr1~Tr3是热耦合的（例如，预先将管壳靠近，使它们成为相同的温度），即使Vbe2与Vbe3随温度而变化，Vbe1也同样发生变化，一直维持Vb=2Vbe1=Vbe2+Vbe3的关系。这样就解决了电路中热击穿的问题。

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