推挽放大器的主要類型及工作原理

對長距離音頻通信的需求增加時，就需要增加電信號的幅度以便遠(yuǎn)距離傳輸它們。早期雖然采用多種方式放大信號，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功率的設(shè)備。

在早期的放大器中，真空管被使用，后來在1960年代被晶體管取代?；谟糜谠O(shè)計它們的有源電路及功能操作等，目前有許多類型的放大器，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。它由兩個晶體管組成，一個是NPN，另一個是PNP。其中一個晶體管在正半周期推動輸出，而另一個在負(fù)半周期推動輸出。簡單來說就是，一個晶體管將電流推向一個方向，而另一個晶體管將電流拉向另一個方向，這就是它被稱為推挽放大器的原因。

這些放大器比單端A類放大器效率更高。由于推挽放大器中的晶體管是反相的，所以這兩個晶體管的輸出之間的差異被提供給負(fù)載。信號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)在信號中的失真。

主要類型

推挽放大器主要分為三類，但一般B類放大器被默認(rèn)為是推挽放大器。

• A類推挽放大器
• B類推挽放大器
• AB類推挽放大器

下面將依次介紹下這三種類型的電路，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)
• LED

1、A類推挽放大器

A類是最常見的功率放大器配置，它僅由一個設(shè)置為始終保持開啟的開關(guān)晶體管組成，產(chǎn)生輸出信號的最小失真和最大幅度。A類推挽放大器的效率非常低，接近30%。即使沒有連接輸入信號，A類推挽放大器的級也允許相同數(shù)量的負(fù)載電流流過它，因此輸出晶體管需要大型散熱器。A類推挽放大器的電路圖如下：

2、B類推挽放大器

B類推挽放大器是實際的推挽放大器。B類推挽放大器的效率高于A類，可達(dá)到78.9%，因為它由兩個晶體管NPN和PNP組成。B類推挽放大器電路以這樣一種方式偏置，即每個晶體管將在輸入波形的半個周期上工作。因此，這類放大電路的導(dǎo)通角為180度。一個晶體管在正半周期推動輸出，而另一個在負(fù)半周期推動輸出。B類推挽放大器的電路圖如下：

另外，B類通常會受到稱為交叉失真的影響，其中信號在0V時會失真。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。因此，當(dāng)交流輸入電壓施加到推挽放大器時，它從0開始增加，直到達(dá)到0.7v，晶體管保持在關(guān)閉狀態(tài)，沒有得到任何輸出。PNP晶體管在交流波的負(fù)半周也會發(fā)生同樣的事情，這被稱為死區(qū)。為了克服這個問題，二極管用于偏置，然后放大器被稱為AB類放大器。

3、AB類推挽放大器

消除B類放大器中交叉失真的常用方法是將兩個晶體管偏置在略高于晶體管截止點的點。那么這個電路被稱為AB類放大器挽放電路，其電路圖如下所示：

可以看出，AB類放大器挽放電路實際上上A類和B類放大器的組合。通過添加二極管，即使在基極端沒有信號的情況下，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題。

工作原理

推挽放大電路原理圖由兩個晶體管Q1和Q2組成，分別為NPN和PNP。當(dāng)輸入信號為正時，Q1開始導(dǎo)通并在輸出端產(chǎn)生正輸入的副本。此時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)輸入信號為負(fù)時，Q1關(guān)閉，Q2開始導(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)到零時會發(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不能同時導(dǎo)通，要使Q1導(dǎo)通，要求 V IN必須大于V out，對于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從零開始增加時，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從零減小時也會發(fā)生同樣的情況，PNP晶體管Q2直到V IN大于V BE2 (~0.7v) 才會導(dǎo)通，其中V BE2是開啟晶體管Q2所需的電壓。

主要優(yōu)勢

推挽放大器的輸出是兩個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類放大器推挽電路簡單，輸出不包含偶次諧波。AB類放大器推挽電路降低了交叉失真。所以，推挽放大器的優(yōu)點是當(dāng)信號不存在時，輸出晶體管中沒有功率耗散。

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為它們成本低且設(shè)計更小。

用于電視、手機(jī)、電腦的音頻放大。

在需要低失真的長距離通信系統(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。

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晶體管，其中一個晶體管在輸入信號的正半周期間將電流推向輸出端，而另一個晶體管在輸入信號的負(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。在對稱推挽中，每個輸出對相互鏡像，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)對稱、超對稱、平方律推挽。