1．1功率放大器的特点

1．1．1功率放大电路的特殊问题

放大电路的作用是将放大后的信号输出，并驱动执行机构完成特定的工作，执行机构通常称为电路的负载。不同的负载具有不同的功率，放大器要驱动负载必须输出相应的功率。能够向负载提供足够输出功率的电路称为功率放大器，简称功放。

由前面的讨论可知，放大电路的实质是能量的转换和控制电路。从能量转换和控制的角度来看，功率放大器和电压放大器没有什么本质的区别，电压放大器和功放电路的主要差别是所完成的任务不同。

电压放大器的任务是放大输入电压；而功放电路是放大输入功率。功放电路在工作的过程中，不仅追求输出高电压，且要追求在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。因此，功率放大电路中包含一系列在电压放大电路中所没有出现过的特殊问题，这些问题是：

1．尽量大的输出功率

为了实现尽量大的输出功率，要求功放管的电压和电流都要有足够大的输出幅度，因此，三极管往往工作在极限的状态下。

2．尽量提高功率转换的效率

放大器在信号作用下向负载提供的输出功率是由直流电源转换来的，在转换时，管子和电路中的耗能元件均要消耗功率，设放大器的输出功率为P_O，电源消耗的功率为P_E，则功放电路的效率为：

< AN style="mso-text-raise: -15.0pt">   （9-1-1）

3．允许适当的非线性失真

工作在大信号极限状态下的三极管，不可避免的会产生非线性失真，且同一个三极管，输出功率愈大，非线性失真愈严重，功放管的非线性失真和输出功率是一对矛盾。在不同的应用场合处理这对矛盾的方法不相同。

例如，在音响系统中，要求在输出功率一定时，非线性失真要尽量的小；而在工业控制系统中，通常对非线性失真不要求，只要求功放的输出功率足够大。

4．功放管的散热

在功率放大器中，因功放管的集电极电流较大，所以，功放管的集电极将消耗大量的功率，使功放管的集电极温度升高。为了保护功放管不会因温度太高而损坏，必须采用适当的措施对功放管进行散热。

另外，在功率放大电路中，为了输出较大的信号功率，功放管往往工作在大电流和高电压的情况下，功放管损坏的几率比较大，采取措施保护功放管也是功放电路要考虑的问题。

此外，在分析方法上，功放电路也不能采用前面介绍的微变等效电路分析法，而必须采用图解分析法。

1．1．2功率放大器的工作状态

功放电路的输出功率、转换效率和非线性失真等性能均与放大管的工作状态有关。根据放大电路静态工作点Q在直流负载线上位置的不同，可将放大器的工作状态分为甲类、乙类和甲乙类三种类型。

1．甲类工作状态

静态工作点位于直流负载线中点的放大器称为甲类放大器。工作在甲类状态下的三极管，在输入信号的整个周期内都处于导通的状态，静态工作点电流I_CQ大于信号电流i_C的幅值，静态工作点电压U_CQ大于信号电压u_ce的幅值，如图9-1-1所示。

 

工作在甲类状态下的放大器，在没有信号输入的时候，静态工作点的值为I_CQ和U_CEQ，电路消耗的功率为I_CQ和U_CEQ的乘积。即

< AN style="mso-text-raise: -7.0pt">   （9-1-2）

说明甲类放大器在没有输入信号时，电路也要消耗能量，此时电路的能量转换效率为零。在有信号输入时，部分直流功率转换成信号功率输出，信号愈大，输出功率愈大，电路能量转换的效率也随着增大。由图9-1-1可见，若功放管的饱和管压减可忽略，在理想的情况下，信号电流和信号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：

< AN style="mso-text-raise: -14.0pt">   （9-1-2）

根据效率的定义式< AN style="mso-text-raise: -15.0pt"> ，可得甲类功率放大器的最高效率为50%。

因甲类放大器能量转换的效率较低，所以甲类放大器主要用于电压放大，在功放电路中较少用。