功率放大器的工作状态

功率放大器一般是根据功放管工作点选择的不同进行分类的，有甲类、乙类及甲乙类功率放大器。

1、甲类工作状态

当静态工作点Q设在负载线性段的中点，整个信号周期内都有电流i_C流过时，如图1（a）所示，称为甲类功放。

图1 放大电路的工作状态

当交流信号u_i=0时，直流电源会提供I_CQ和U_CEQ，这时电源提供的功率全部消耗在管子和电阻上，即P_E=I_CQU_CEQ。当有交流输入信号u_i时，产生交流电流i_C，交流电压u_ce，两者的乘积即为输出功率。由图1 (a)可见，若功放管的饱和压降可忽略，在理想的情况下，信号电流和电压的最大值约等于I_CQ和U_CEQ，根据有效值和最大值的关系，可得在理想情况下，输出信号功率的最大值为

(1)

根据效率的定义，可得甲类放大电路的最高效率为50%，说明甲类功率放大电路的功率转换率较低。因甲类放大电路能量转换的效率较低，所以甲类放大器主要用于电压放大，在功率放大电路中较少应用。

2、乙类工作状态

若将静态工作点Q设在横轴上，则i_C仅在半个信号周期内通过，其输出波形被削掉一半，如图1(b）所示，称为乙类功放。

乙类放大器的特点是：功放管只在信号的半个周期内处于导通的状态。当u_i=0时，I_CQ=0，直流电源提供P_E=I_CQU_CEQ=0。说明电源不向外提供功率。随着信号u_i的输入，电源提供的功率、功率放大电路的输入功率和效率也随着发生变化。

由图1(b）可见，若功放管的饱和压降可忽略，乙类放大器输出信号的最大值为U_CC，输出信号功率的最大值为

(2)

因乙类放大器只在信号的半个周期内有功率输出，所以该放大器有信号输出时，电源消耗的功率PE为电源电压和半波电流的平均值的乘积，即

(3)

(4)

所以，乙类放大器的效率为

(5)

当U_om = U_CC时效率最大，η=π/4 =78.5％。

3、甲乙类工作状态

若将静态工作点设在线性区的下部靠近截止区，则其i_C的流通时间为多半个信号周期，输出波形被削掉一部分。如图1（c）所示，称为甲乙类功放。

甲乙类放大器的特点是：功放管在信号半个周期以上的时间内处于导通状态。由于电路静态工作点I_CQ较小，静态功耗也较小，在理想情况下，甲乙类功率放大电路的转换效率接近乙类功率放大电路。

由上面的分析可见，乙类和甲类放大器的功率转换效率较高，但都存在着波形失真的问题。既要提高效率，又要解决波形失真的问题，是功率放大电路结构特点。