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发表于 2019-4-3 18:29:02 | 显示全部楼层 |阅读模式
具有±40V电源和8Ω电阻性负载的功率放大器的功率曲线,此外,功率是相对于最大电压输出的百分率来标绘的。正如直流的情况一样,由电源提供的功率随输出电压线性地增加,提供给负载的功率随输出电压的平方而增加。由放大器所消耗的功率PD是前两条曲线之差,PD曲线的形状与直流信号的情形类似,但在100%输出电压时不能接近于零。这是因为在满幅度交流输出电压下,输出快速地横扫图4的整个曲线(0到100%),是这种动态状态下的平均损耗。
当交流输出波形的峰值约为电源电压的63%时,放大器的损耗达到最大值。对于该正弦波的幅度,瞬时输出电压在交流周期的大部分区域,都是处在接近于电源电压一半的关键数值上。
对任意电源电压和负载电阻,可以利用曲线右侧标明的归一化值来度量。为了求出在给定信号电平下你的放大器的损耗,要用(V+)2/RL去乘取自右侧刻度的读数。
交流应用很少有一定要在图5的最大损耗点上经受连续运行的情形。例如,一个带有语音或音乐的音频放大器,其损耗一般要比这个最坏情形的值少得多,与信号的幅度无关。由于一种任意幅度的连续正弦波信号还是可能的,这种最坏情形的状态是一种有用的基准。依据应用的场合,你或许需要就这种状态来设计。
电抗负载-交流信号
表示的是在纯电感性负载中电压和电流的关系曲线。电流滞后于负载电压90°,在电流是峰值时,负载电压是零。这就意味着放大器必定在导通晶体管两端的电压为满幅V+(对于峰值电流的负半周为V-)时,提供峰值电流。这种情况对于电容性负载,同样是严厉的,检验这种状态下SOA曲线上的电压和电流。
重新考察曲线,功率放大器的损耗等于来自电源的功率减去输送给负载的功率。来自电源的功率PS不论负载阻抗是电阻性的还是电抗性的都是一样的。但是,如果负载完全是电抗性的(电感或电容),则输送给负载的功率是零。所以,由放大器消耗的功率就等于来自电源的功率,在满幅度输出下,这约是具有电阻负载的放大器在最坏情况下损耗的三倍。
电抗性负载是一种损耗很大的情形,与电阻性负载相比,它要求有一个大的散热器,幸亏纯电抗性负载是罕见的。例如,一个交流电机不可能是纯电感,否则它不能做任何机械功。
功率损耗
评价独特的负载和信号可能是复杂的,利用放大器的功耗等于电源的功率减去负载功率的原理,由电源输送的功率可以用如图7所示的方法来测量,来自每个电源的功率等于平均电流乘它的电压。如果输出波形是不对称的,要分别地测量和计算正和负电源,并把两个功率相加。如果波形是对称的,你可以测量一次并乘2。用平均值响应仪表来测量电流,一种简单的带有电流分流器装置的D'Arsonval型仪表工作得很好,不要使用有效值响应仪表。
对于正弦信号,很容易求负载的功率:
PLOAD=(Iorms)·(Vorms)·cos(θ)
式中θ是负载电压和电流之间的相位角
对于复杂波形,负载功率是更难测量的,你可能了解一些确定负载功率的有关负载的一些情况,不然的话,你可以使用乘法器集成电路,用顺次地乘以电压和电流的方法来建立一个测量负载功率的电路。乘法器的平均直流输出与平均负载功率成比例。
独特的负载
通常当运算放大器的输出为正时,它向负载提供电流根据所涉及的负载和电压的形式,运算放大器在正的输出时可能不得不吸收电流(Q2导通),或者在负的输出电压下要求运放能提供电流。在这些情况下,导通晶体管两端的电压要比V+或V-更大。
这种情况的例子是一种被用作电流源的功率运算放大器。在电流源的依从范围(compliance range)内,可以把它的输出接到任意电压电位上。使大电流流向负电位节点时,可能产生大的损耗,从而要求良好的SOA。
电机负载
评估电机负载可能是很棘手的,因为它们能够把储存的能量(机械能)返回给放大器,所以它们很像是个阻抗负载。当速度变化时,电机和负载的惯性可能引起放大器消耗非常大的功率。
机-电系统可以用电路来模拟,这本身就是一门学科(超出了本文的讨论范围)。
然而你可以在有效的负载状态下测量电机(或任何其它的负载)的V-I消耗。图8表示的是与负载串联连接的一个电流检测电阻,利用分别显示在示波器扫描线上的负载电压和电流,你就可以求出最大承载的条件。务必要考察导通晶体管两端的电压(VCE),而不是放大器的输出电压,有最大承载的状态可能出现在中等电流下,但负载电压较低。
电压和电流的X-Y方式显示也可以帮助鉴别易出故障的条件。电压和电流组合的更大功耗是那些偏离线性电阻负载的那些情形。

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