B类功率放大器

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当集电极电流仅在输入信号的正半周期内流动时，功率放大器被称为B类功率放大器。

B类工作

B类工作中晶体管的偏置方式使得在零信号条件下，没有集电极电流。工作点被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端被放大。

下图显示了B类工作期间的输入和输出波形。

当施加信号时，电路对于输入的正半周期被正向偏置，因此集电极电流流动。但在输入的负半周期，电路被反向偏置，集电极电流将不存在。因此，只有正半周期在输出端被放大。

由于负半周期完全不存在，信号失真会很高。此外，当施加的信号增加时，功耗也会增加。但与A类功率放大器相比，输出效率提高了。

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，在此B类放大器中使用了推挽配置。

B类推挽放大器

虽然B类功率放大器的效率高于A类，但由于仅使用输入的一个半周期，因此失真度很高。此外，输入功率没有被完全利用。为了补偿这些问题，在B类放大器中引入了推挽配置。

构造

推挽B类功率放大器的电路由两个相同的晶体管T₁和T₂组成，它们的基极连接到中心抽头的输入变压器T_r1的副边。发射极短路，集电极通过输出变压器T_r2的初级接收到V_CC电源。

B类推挽放大器的电路安排与A类推挽放大器相同，只是晶体管偏置在截止状态，而不是使用偏置电阻。下图详细说明了推挽B类功率放大器的构造。

下面详细介绍了B类推挽放大器的电路工作原理。

操作

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。当没有输入信号时，晶体管T₁和T₂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，因此没有浪费功率。

当输入信号施加时，它被施加到输入变压器T_r1，该变压器将信号分成两个彼此相位相差180^o的信号。这两个信号被提供给两个相同的晶体管T₁和T₂。对于正半周期，晶体管T₁的基极变为正，集电极电流流动。同时，晶体管T₂具有负半周期，这使晶体管T₂进入截止状态，因此没有集电极电流流动。产生的波形如下图所示。

对于下一个半周期，晶体管T₁进入截止状态，晶体管T₂进入导通状态，以贡献输出。因此，对于这两个周期，每个晶体管交替导通。输出变压器T_r3用于连接这两个电流，产生几乎无失真的输出波形。

B类推挽放大器的功率效率

每个晶体管中的电流是半个正弦环的平均值。

对于半个正弦环，I_dc由下式给出

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

因此，

$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$

此处引入因子2，因为推挽放大器中有两个晶体管。

集电极电流的RMS值 = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

输出电压的RMS值 = $V_{CC} / \sqrt{2}$

在最大功率的理想条件下

因此，

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$

现在总最大效率

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

集电极效率将相同。

因此，B类推挽放大器的效率比A类推挽放大器有所提高。

互补对称推挽B类放大器

刚刚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笨重、重量大且成本高。为了使电路更简单并提高效率，可以使用互补晶体管，如下图所示。

上述电路采用NPN晶体管和PNP晶体管，以推挽配置连接。当施加输入信号时，在输入信号的正半周期，NPN晶体管导通，PNP晶体管截止。在负半周期，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放大，而PNP晶体管在输入的负半周期放大。由于晶体管彼此互补，但在以B类推挽配置连接时作用对称，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，因此减轻了重量和降低了成本。

• 不需要相等且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。

• 难以获得具有相似特性的晶体管对（NPN和PNP）。

• 我们需要正负电源电压。