如何计算功率放大器
功率放大器基本原理
利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流在放大区中恒为基极电流的β倍,β是三极管的电流放大系数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大,就完成了功率放大。
功率放大器技术指标
1.额定功率:是指连续的正弦波功率,在500Hz正弦波输入及一定的负载下,谐波失真小于1%所输出的功率,表示成W/CH(瓦/声道)。一般来说,额定功率越大,造价越高。
2.转换率:单位时间上升的电压幅度,单位为伏/微秒,它反映了功率放大器对瞬态声音信号的跟踪能力,是一种瞬态特性指标。
3.输出阻抗:通常有8Ω、4Ω、2Ω等值,此值越小,说明功率放大器负载能力越强。就单路而言,额定负载为2Ω的功率放大器,可以带动4只阻抗为8Ω的音箱发声,并且失真很小。
性能指标无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格,在输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。
4.源极、栅极与漏极:源极简称场效应管。一般的晶体管是由两种极性的载流子,即多数载流子和反极性的少数载流子参与导电,因此称为双极型晶体管,而FET仅是由多数载流子参与导电,它与双极型相反,也称为单极型晶体管。
栅极由金属细丝组成的筛网状或螺旋状电极。多极电子管中排列在阳极和阴极之间的一个或多个具有细丝网或螺旋线形状的电极,起控制阴极表面电场强度从而改变阴极放射电流或捕获二次放射电子的作用。
漏极在两个高掺杂的P区中间,夹着一层低掺杂的N区(N区一般做得很薄),形成了两个PN结。在N区的两端各做一个欧姆接触电极,在两个P区上也做上欧姆电极,并把这两P区连起来,就构成了一个场效应管。
功放的输出功率计算方式
功率放大器的输出功率和功放的供电电压、负载阻抗以及功放组态有关,主要有以下几种方式:
1.最大不失真功率,一般以1000Hz的正弦波为基准,失真小于0.1%时的输出功率。这个功率比较靠谱。(P=U^2/2R)
2.最大峰值功率,该功率以最大输出电压最为依据,不考虑实际失真的最大功率,可以是最大不失真功率的2倍。(P=U^2/R)
3.最大峰峰值功率,该功率以输出电压的峰峰值为依据,同样不考虑失真是的最大功率,是最大不失真功率的4倍。(P=2U^2/R)
(括号里是以OCL功放为例,功率和电源电压U、负载电阻R的关系公式表达式。)
以上表达式的U均远大于10V,故不考虑输出管的饱和压降。
增益的计算方式
放大器增益是放大器输出功率与输入功率比值的对数,用以表示功率放大的程度。亦指电压或电流的放大倍数,例如输入电压为10mA,输出电压为1V,则增益为100.同样,分贝就是放大器增益的单位。
放大器输出与输入的比值为放大倍数,单位是“倍”,如10倍放大器,100倍放大器。当改用“分贝”做单位时,放大倍数就称之为增益,这是一个概念的两种称呼。电学中分贝与放大倍数的转换关系为:AV(I)(dB)=20lg[Vo/Vi(Io/Ii)];Ap(dB)=10lg(Po/Pi)分贝定义时电压(电流)增益和功率增益的公式不同。
但我们知道功率与电压、电流的关系是P=V^2/R=I^2R。采用这套公式后,两者的增益数值就一样了:10lg[Po/Pi]=10lg(V2o/R)/(V2i/R)=20lg(Vo/Vi)。使用分贝做单位有很大好处。
电子系统的总放大倍数常常是几千、几万甚至几十万,一架收音机从天线收到的信号至送入喇叭放音输出,一共要放大2万倍左右。用分贝表示先取个对数,数值就小得多。放大器级联时,总的放大倍数是各级相乘。用分贝做单位时,总增益就是相加。若某功放前级是100倍(20dB),后级是20倍(13dB),那么总功率放大倍数是100×20=2000倍,总增益为20dB+13dB=33dB。
1dB压缩点计算方式
1dB压缩点是表征 PA的线性度的一个指标,正常的是PA是线性的输出功率随着输入功率的增加而增加,当PA进到快饱和区后 输入的功率再增加
输出的功率不会变化。
(例如: 输入0dbm 输出 10dbm , 输入 1dbm 输出 11dbm ,当 输入2dbm 本应该输出 12dbm 但实际测试 只有11dbm
。 功率掉了1db 那 这个点就是1dB压缩点。 这个指标随着功率增加 越晚出现这个指标越好。 说明PA的线性度越好)