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三极功率管A类放大工作点及最佳负载

三极功率管A类放大工作点及最佳负载

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  A类放大的工作点处于栅压一板流(Ug -la)特性线性区的中点,Ug-Ia特性是否呈线性关系一目了然。当Ug-Ia特性为线性关系时,曲线的线条近似一条直线,无明显弯曲。从数学关系看,该曲线各点斜率是相等的。选择直线部分的中点则可以保证当信号变动,板流在工作点两侧增减时,可以有等量的板流变动,从而形成不失真的输出信号。
  
  为了使工作点处于每条Ug-Ia曲线的中点,必须给放大器选择合理的板极供电电压Ua。Ua值必须在极限电压范围内,且此Ua供电可使曲线族上大部分Ug-Ia曲线都处于线性区而不涉入截止区的弯曲部分。也就是说选定的以Ua设定的工作点,在曲线族内上、下、左、右都远离非线区。
  
  静态工作点选定以后,要划定特性曲线族的线性区,以便作负载线。所谓负载线实际上是跨过特性曲线族的一条斜直线,在直角坐标系中的×轴表示电压,Y轴表示电流,则位于第一象限的一条直斜线表示一个定值的纯电阻。取其斜线任何一点,则对应于Y轴的电流值和对应于×轴的电压值表示一阻值为R=V/I的纯电阻。斜线与×轴的夹角正切值直接表示斜线的斜率,此夹角越大斜率也越大,则此电阻R=V/I越小。当斜率最小时,此夹角为0。斜线与×轴重合,则等效于电阻值无穷大。
  
  为了正确地画出负载线,必须正确确定特性曲线族中线性区,只有负载线不涉入非线性区域,才能称此负载线表示的为最佳负载电阻。负载线的一端必然通过静态工作点,因此点属电子管输入信号为0时的工作状态,接着是确定输入信号最大的点A点。
  
  A类放大栅极电位以ov为限,即输入信号幅度不能超过工作点栅负压,当输八信号峰值与栅负压相等时,信号正半周使栅负压完全抵消而成0V。在曲线族上Ug=OV的一条曲线中,当X轴板压Ua升高时,la沿此曲线轨迹增大,从而在Ua的某一点la进八饱和区,曲线开始弯曲,弯曲进入顶点的一点,该曲线弯曲点的板极电流即为该管的最大线性板流值。将此点作为A点,与工作点0作直线连接即负载线的上半部。然后以AO直线为准,作直线延伸,则此延伸直线与工作点栅负压两倍的栅极曲线相交于C,则直线AOC构成此状态下该管A类放大的最佳负载线。直线AOC经输入信号从ov到最大信号过程中可以肯定并未进入该管特性的非线性区。因而负载线表示的负载电阻值也即为该管A类功率放大的最佳负载电阻。
  
  为了详细说明工作点,负载线的设定过程现以三极功率管2A3为例举例  附图为2A3的特性曲线族。其极限板极电压为300V,最大板耗Pa=15W。世界各国生产的功率放大管型号极多,规格也不同,因此各项参数名称也不一样,选择参数时需注意。本例的2A3为世纪名胆,其参数也有独特之处。
  
  首先2A3在板压允许值300V以内,即使在Ug=0时也无明显的饱和点,是所有三极功率管的特点。三极管内阻低,板极电场直接作用在栅极控制下的电子流,在特性曲线族甲无明显的相对饱和所致板流的弯曲点。所以,选择上述板流最大值只有以板耗限制线为准。图中Px曲线为板耗限制线,各点电流以此为界,则板极功率损耗将不会超过极限板耗。因为板耗为板压Ua和板流la的积,所以该限制线呈弧形,随板压升高,相对允许板流降低,Px值相对减小。由于三极功率管无明显饱和点,尽可选择最大板流点,只要板耗不越过P×线,瞬时板流增大既不会使P×超标、也不会形成大信号失真。因此图中将A点选择在Ug=0V曲线交汇点lamax≈118mA处。由曲线族可看出,各条曲线从la15mA处开始进入弯曲的截止区,栅负压越高则弯曲点也提前。为了降低负半周最大信号非线性失真,将其选择在la15mA处,为此连接AO并以直线延长与两倍工作点栅负压2xlao曲线Ug=87V交汇为C点斜线AOC,则构成此状态下2A3的最佳负载线,其零信号工作点O点状态为Ua=250V,lao≈60mA,静态板耗Pxo=250Vx0.06=15W。选定Ua=250V作为直流工作点,除使板压不超值以外,还考虑到其垂直线与中点栅负压的交汇点Ug=-43.5V正处于2A3动态曲线族的线性中点,当电子管沿负载线输入信号幅度变化时均在线性区以内,从而成为.真正的最佳负载。
  
  以上为三极管工作点及负载线的确定原则。束射四极管、五极管特性与三极管有较大区别,一般认为仅是内阻较高而已,其实也不尽然。多极管内阻高,其线性也较三极管有很大差别。以下以典型束射功率管6L6为例进行介绍(五极功率管与此只是结构上区别,性能及曲线族均极相似,实用中可通用)。

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  下图为6L6的曲线族和板压、第二栅电压250V、栅负压-Ug1=-14V的工作点及负载线作法。由下图可见,四,五极功率管的曲线族和三极管有以下明显区别首先是Ug1=ov曲线有明显拐点,经此点以后板极电流随板压增速变缓,进入非线性饱和区,随栅负压增大弯曲点提前。因此选择动态负载线最大板流点A时,应该设定为Ug1=0V曲线上开始弯曲而未进入弯曲的一点为最大板流,否则将引入板流的非线性。其次多极管曲线族中各条板流曲线之间,即使栅负压差值相等(图示每条曲线均相差为-5V)而曲线间距越来越疏,如Ug1=-5V~-10V两条曲线间距比Ug1=-25V~-30V大近一倍。如果将此关系逐点移到栅压——板流曲线中,则形成动态栅压——板流特性曲线族,此曲线族实际表示的是一定板压(图中Ep)时的跨导特性,曲线的斜率表示跨导特性。下图中板流曲线的疏密不同在此以Ug1—la的直线性直观地表现出来。如果是2A3-类三极功率管,Ug1~la转移特性将近似直线。而多极管则呈明显的弧形,其结果是当信号电压幅度越高时动态轨迹进入栅负压高的非线性区,电子管有效跨导减小,Ug1—a曲线严重弯曲,导致放大后信号负半周出现压缩,形成正负半周信号的不对称形成波形失真。
  
  无论三极管还是多极管,选择合适的负载阻抗均可使负载线动态范围内完全处于线性区,从而得到较大功率。为了对比图和下图,均划出三种不同阻值的负载,以下以通常公式计算其结果以证明哪条负载线方为真正的最佳负载。

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