對(duì)長(zhǎng)距離音頻通信的需求增加時(shí)，就需要增加電信號(hào)的幅度以便遠(yuǎn)距離傳輸它們。早期雖然采用多種方式放大信號(hào)，但效果仍不盡如人意。大約在1912年，世界上第一次引入了放大器，也就是可以放大以增加輸入信號(hào)功率的設(shè)備。
在早期的放大器中，真空管被使用，后來(lái)在1960年代被晶體管取代。基于用于設(shè)計(jì)它們的有源電路及功能操作等，目前有許多類(lèi)型的放大器，其中就包括增加負(fù)載可用功率的功率放大器，而推挽式放大器是功率放大器之一。
什么是推挽放大器
推挽放大器是一種功率放大器，用于為負(fù)載提供大功率。它由兩個(gè)晶體管組成，一個(gè)是NPN，另一個(gè)是PNP。其中一個(gè)晶體管在正半周期推動(dòng)輸出，而另一個(gè)在負(fù)半周期推動(dòng)輸出。簡(jiǎn)單來(lái)說(shuō)就是，一個(gè)晶體管將電流推向一個(gè)方向，而另一個(gè)晶體管將電流拉向另一個(gè)方向，這就是它被稱(chēng)為推挽放大器的原因。
這些放大器比單端A類(lèi)放大器效率更高。由于推挽放大器中的晶體管是反相的，所以這兩個(gè)晶體管的輸出之間的差異被提供給負(fù)載。信號(hào)中存在的偶次諧波被消除。這種方法減少了由于非線性分量而出現(xiàn)在信號(hào)中的失真。
主要類(lèi)型
推挽放大器主要分為三類(lèi)，但一般B類(lèi)放大器被默認(rèn)為是推挽放大器。
A類(lèi)推挽放大器
B類(lèi)推挽放大器
AB類(lèi)推挽放大器
下面將依次介紹下這三種類(lèi)型的電路，需要的材料如下：
變壓器 (6-0-6)
BC557-PNP晶體管
2N2222-NPN晶體管
電阻器 – 1k(2 個(gè))
LED
1、A類(lèi)推挽放大器
A類(lèi)是最常見(jiàn)的功率放大器配置，它僅由一個(gè)設(shè)置為始終保持開(kāi)啟的開(kāi)關(guān)晶體管組成，產(chǎn)生輸出信號(hào)的最小失真和最大幅度。A類(lèi)推挽放大器的效率非常低，接近30%。即使沒(méi)有連接輸入信號(hào)，A類(lèi)推挽放大器的級(jí)也允許相同數(shù)量的負(fù)載電流流過(guò)它，因此輸出晶體管需要大型散熱器。A類(lèi)推挽放大器的電路圖如下：
2、B類(lèi)推挽放大器
B類(lèi)推挽放大器是實(shí)際的推挽放大器。B類(lèi)推挽放大器的效率高于A類(lèi)，可達(dá)到78.9%，因?yàn)樗蓛蓚�(gè)晶體管NPN和PNP組成。B類(lèi)推挽放大器電路以這樣一種方式偏置，即每個(gè)晶體管將在輸入波形的半個(gè)周期上工作。因此，這類(lèi)放大電路的導(dǎo)通角為180度。一個(gè)晶體管在正半周期推動(dòng)輸出，而另一個(gè)在負(fù)半周期推動(dòng)輸出。B類(lèi)推挽放大器的電路圖如下：
另外，B類(lèi)通常會(huì)受到稱(chēng)為交叉失真的影響，其中信號(hào)在0V時(shí)會(huì)失真。眾所周知，晶體管的基極-發(fā)射極結(jié)需要0.7v的電壓才能打開(kāi)。因此，當(dāng)交流輸入電壓施加到推挽放大器時(shí)，它從0開(kāi)始增加，直到達(dá)到0.7v，晶體管保持在關(guān)閉狀態(tài)，沒(méi)有得到任何輸出。PNP晶體管在交流波的負(fù)半周也會(huì)發(fā)生同樣的事情，這被稱(chēng)為死區(qū)。為了克服這個(gè)問(wèn)題，二極管用于偏置，然后放大器被稱(chēng)為AB類(lèi)放大器。
3、AB類(lèi)推挽放大器
消除B類(lèi)放大器中交叉失真的常用方法是將兩個(gè)晶體管偏置在略高于晶體管截止點(diǎn)的點(diǎn)。那么這個(gè)電路被稱(chēng)為AB類(lèi)放大器挽放電路，其電路圖如下所示：
可以看出，AB類(lèi)放大器挽放電路實(shí)際上上A類(lèi)和B類(lèi)放大器的組合。通過(guò)添加二極管，即使在基極端沒(méi)有信號(hào)的情況下，晶體管也被偏置在輕微的導(dǎo)通狀態(tài)，從而消除了交叉失真問(wèn)題。
工作原理
推挽放大電路原理圖由兩個(gè)晶體管Q1和Q2組成，分別為NPN和PNP。當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，Q1開(kāi)始導(dǎo)通并在輸出端產(chǎn)生正輸入的副本。此時(shí)Q2仍處于關(guān)閉狀態(tài)。
在這種情況下，V OUT = V IN – V BE1。
同樣，當(dāng)輸入信號(hào)為負(fù)時(shí)，Q1關(guān)閉，Q2開(kāi)始導(dǎo)通，并在輸出端產(chǎn)生負(fù)輸入的副本。
在這種情況下，V OUT = V IN + V BE2。
現(xiàn)在為什么當(dāng)V IN達(dá)到零時(shí)會(huì)發(fā)生交叉失真?可以看看下面顯示的推挽放大器電路的粗略特性圖和輸出波形。
可以看出，晶體管Q1和Q2不能同時(shí)導(dǎo)通，要使Q1導(dǎo)通，要求 V IN必須大于V out，對(duì)于Q2，V IN必須小于 V out。如果V IN等于0，則Vout也必須等于0。
現(xiàn)在，當(dāng)V IN從零開(kāi)始增加時(shí)，輸出電壓Vout將保持為零，直到V IN小于V BE1(約為0.7v)，其中V BE是開(kāi)啟 NPN晶體管 Q1所需的電壓。因此，在 V IN小于V BE或0.7v期間，輸出電壓呈現(xiàn)死區(qū)(Dead Zone)。當(dāng)V IN從零減小時(shí)也會(huì)發(fā)生同樣的情況，PNP晶體管Q2直到V IN大于V BE2 (~0.7v) 才會(huì)導(dǎo)通，其中V BE2是開(kāi)啟晶體管Q2所需的電壓。
主要優(yōu)勢(shì)
推挽放大器的輸出是兩個(gè)晶體管的集電極電流之差，這消除了輸出中的諧波。這種方法還可以減少失真。B類(lèi)推挽放大器效率高，可以在有限的電源條件下工作，而且B類(lèi)放大器推挽電路簡(jiǎn)單，輸出不包含偶次諧波。AB類(lèi)放大器推挽電路降低了交叉失真。所以，推挽放大器的優(yōu)點(diǎn)是當(dāng)信號(hào)不存在時(shí)，輸出晶體管中沒(méi)有功率耗散。
主要應(yīng)用
推挽式放大器的一些主要應(yīng)用如下：
用于射頻系統(tǒng)。
在數(shù)字系統(tǒng)中，使用這些放大器是因?yàn)樗鼈兂杀镜颓以O(shè)計(jì)更小。
用于電視、手機(jī)、電腦的音頻放大。
在需要低失真的長(zhǎng)距離通信系統(tǒng)中，使用這些放大器。
這些與揚(yáng)聲器一起使用。
用于放大射頻信號(hào)。
在電力電子系統(tǒng)中使用推挽放大器。
總結(jié)
推挽放大器就是在電路中有兩個(gè)晶體管，其中一個(gè)晶體管在輸入信號(hào)的正半周期間將電流推向輸出端，而另一個(gè)晶體管在輸入信號(hào)的負(fù)半周期間將電流拉向輸出端。
需要注意的是，除了晶體管，真空管也被用作這些放大器中的有源元件，而如今變壓器很少用于放大器的輸出級(jí)。在對(duì)稱(chēng)推挽中，每個(gè)輸出對(duì)相互鏡像，也就是一半的NPN與另一半的PNP鏡像。同樣，根據(jù)輸出電路的不同，還有準(zhǔn)對(duì)稱(chēng)、超對(duì)稱(chēng)、平方律推挽。 |
