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功率放大器的运用极限

功率放大器为了实现功率放大器的可靠性设计,就必须考虑放大器的承受能力。通过功率放大器的安全工作区(SOA)曲线来确定功率的范围限制。放大器的承受能力取决于放大器的负载和信号的状态。图1所示的一个简化的

功率放大器

为了完成功率放大器的牢靠性规划,就必须考虑放大器的承受能力。经过功率放大器的安全作业区(SOA)曲线来确认功率的规模约束。放大器的承受能力取决于放大器的负载和信号的状况。

图1所示的一个简化的功率运算放大器,输出晶体管Q1和Q2给负载供应正的和负的输出电流。IOUT表明的是由放大器流出的电流,因而Q1是供应输出电流。关于正的输出电流,Q2是关的,然后能够省略。

假如信号是双向的,比方一个以零点为中心的正弦波,则每个输出晶体管“歇息”半周,总的放大器功耗在两个输出晶体管之间均分,一起下降有用的封装热阻。

假如瞬时峰值损耗点在放大器的SOA内,首先要关怀的是供应足够大的散热器以避免过热。由于这一峰值状况只是在一个沟通周期中时间短地经过,沟通运用能牢靠作业,可更接近于SOA的极限值。

图5 表明的是具有±40V电源和8Ω电阻性负载的功率放大器的功率曲线,此外,功率是相关于最大电压输出的百分率来标绘的。正如直流的状况相同,由电源供应的功率随输出电压线性地添加,供应给负载的功率随输出电压的平方而添加。由放大器所耗费的功率PD是前两条曲线之差,PD曲线的形状与直流信号的景象相似,但在100%输出电压时不能接近于零。这是由于在满起伏沟通输出电压下,输出快速地横扫图4的整个曲线(0到100%),图5表明的是这种动态状况下的均匀损耗。

当沟通输出波形的峰值约为电源电压的63%时,放大器的损耗到达最大值。关于该正弦波的起伏,瞬时输出电压在沟通周期的大部分区域,都是处在接近于电源电压一半的要害数值上。

对恣意电源电压和负载电阻,能够运用由图5中曲线右侧标明的归一化值来衡量。为了求出在给定信号电平下你的放大器的损耗,要用(V+)2/RL去乘取自右侧刻度的读数。

沟通运用很少有必定要在图5的最大损耗点上饱尝接连运转的景象。例如,一个带有语音或音乐的音频放大器,其损耗一般要比这个最坏景象的值少得多,与信号的起伏无关。由于一种恣意起伏的接连正弦波信号仍是或许的,这种最坏景象的状况是一种有用的基准。依据运用的场合,你或许需要就这种状况来规划。

电抗负载-沟通信号

图6 表明的是在纯电理性负载中电压和电流的联系曲线。电流滞后于负载电压90°,在电流是峰值时,负载电压是零。这就意味着放大器必定在导通晶体管两头的电压为满幅V+(关于峰值电流的负半周为V-)时,供应峰值电流。这种状况关于电容性负载,同样是严峻的,查验这种状况下SOA曲线上的电压和电流。

从头调查图5中的曲线,功率放大器的损耗等于来自电源的功率减去运送给负载的功率。来自电源的功率PS不管负载阻抗是电阻性的仍是电抗性的都是相同的。可是,假如负载完全是电抗性的(电感或%&&&&&%),则运送给负载的功率是零。所以,由放大器耗费的功率就等于来自电源的功率,在满起伏输出下,这约是具有电阻负载的放大器在最坏状况下损耗的三倍。

电抗性负载是一种损耗很大的景象,与电阻性负载比较,它要求有一个大的散热器,幸而纯电抗性负载是稀有的。例如,一个沟通电机不或许是纯电感,否则它不能做任何机械功。

功率损耗

点评共同的负载和信号或许是杂乱的,运用放大器的功耗等于电源的功率减去负载功率的原理,由电源运送的功率能够用如图7所示的方法来丈量,来自每个电源的功率等于均匀电流乘它的电压。假如输出波形是不对称的,要别离地丈量和核算正和负电源,并把两个功率相加。假如波形是对称的,你能够丈量一次并乘2。用均匀值呼应外表来丈量电流,一种简略的带有电流分流器设备的D’Arsonval型外表作业得很好,不要运用有用值呼应外表。

关于正弦信号,很简单求负载的功率:

PLOAD=(Iorms)·(Vorms)·cos(θ)

式中θ是负载电压和电流之间的相位角(见丈量方法图8)。

关于杂乱波形,负载功率是更难丈量的,你或许了解一些确认负载功率的有关负载的一些状况,否则的话,你能够运用乘法器%&&&&&%,用依次地乘以电压和电流的方法来树立一个丈量负载功率的电路。乘法器的均匀直流输出与均匀负载功率成份额。

共同的负载

一般当运算放大器的输出为正时,它向负载供应电流(Q1导通,图1)。依据所触及的负载和电压的方法,运算放大器在正的输出时或许不得不吸收电流(Q2导通),或许在负的输出电压下要求运放能供应电流。在这些状况下,导通晶体管两头的电压要比V+或V-更大。

这种状况的比如是一种被用作电流源的功率运算放大器。在电流源的依从规模(compliance range)内,能够把它的输出接到恣意电压电位上。使大电流流向负电位节点时,或许发生大的损耗,然后要求杰出的SOA。

电机负载

评价电机负载或许是很扎手的,由于它们能够把贮存的能量(机械能)回来给放大器,所以它们很像是个阻抗负载。当速度变化时,电机和负载的惯性或许引起放大器耗费非常大的功率。

机-电体系能够用电路来模仿,这自身便是一门学科(超出了本文的评论规模)。

但是你能够在有用的负载状况下丈量电机(或任何其它的负载)的V-I耗费。图8表明的是与负载串联衔接的一个电流检测电阻,运用别离显现在示波器扫描线上的负载电压和电流,你就能够求出最大承载的条件。务必要调查导通晶体管两头的电压(VCE),而不是放大器的输出电压,有最大承载的状况或许出现在中等电流下,但负载电压较低。

电压和电流的X-Y方法显现(图8B)也能够协助辨别易出毛病的条件。电压和电流组合的更大功耗是那些违背线性电阻负载的那些景象。

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