标签：功放 负载 Vi 变压器 甲类 RL 耦合 交流 输入
串馈型甲类功放的一个缺点是效率低，另一个缺点是，会有大量的直流电流分量经过负载RL，有时候我们在负载上仅仅需要被放大的交流分量，而不需要直流分量（比如扬声器）。这时就可以使用变压器耦合型甲类功放。
变压器耦合型甲类功率放大器使用变压器耦合输出到负载，负载仅能收到放大的交流信号，而没有直流分量。其另一个好处是功率效率最大能达到50%，一个基本的变压器耦合甲类功放电路如下图所示：
图5-03.01
1. 直流分析
当没有输入电压Vi时，电路处于直流工作状态，此时的变压器中的电流没有交变，线圈绕组的电阻非常小（一般从零点几欧到几欧不等），次级线圈得不到任何功率，负载RL完全收不到任何功率输出。由于变压器线圈的直流电阻非常小，使得直流负载线的斜率非常大，近似于垂直，我们可以将其近似视为一条竖直的直线，其与x轴的交点近似为VCC，如下图所示：
图5-03.02
然后再对电路计算直流参量IBQ，算出IBQ后，直流负载线与这个IBQ对应的输出曲线的交点即为静态工作点Q。
2. 交流分析
当输入电压Vi为正弦小信号电压时，此时的情况就完全不一样了。正弦交变的Vi会使得集电极电流IC也正弦交变，此时变压器就开始发挥作用，在变压器的次级线圈会感生出正弦电压，然后负载RL的阻值会被映射到变压器初级，其映射到变压器初级的等效电阻值为：
只要存在正弦输入Vi，RL就会在变压器初级映射出RL'的阻值，且这个阻值不随Vi的频率和幅度的变化而变化，总是呈现出一个固定值。因此，当存在交流输入信号Vi时，BJT晶体管的集电极就相当于接了一个阻值不变的电阻RL'。这个电阻的特性是，只要存在交流输入信号Vi，它就相当于一个普通电阻那样存在；当没有交流输入信号Vi时，它就不存在（阻值变为近似于0）。
因此，在存在交流输入信号Vi的情况下，由于集电极多了这个电阻RL'，我们需要重新画一条负载线，如下图所示：
图5-03.03
一般的文献或模电书上都会将其称为：交流负载线。不过这个名词常常会令初学者感到困惑，严格来讲，它应该叫做：存在交流输入时RL映射成固定电阻RL'时的负载线，有点拗口，不过有助于厘清概念。
现在来看这条交流负载线是如何得到的，由于这个共射电路仅存在一个集电极映射电阻RL'，因此其斜率为-1/RL'。根据变压器理论，当交流正弦输入Vi通过0点的瞬间，变压器的初级线圈感生出的电势也正好为0，因此，此时的瞬时iB、iC、vCE正好等同于前面直流分析时计算出的IB、IC、VCE，因此交流负载线会与静态工作点Q相交。利用斜率和Q点，我们就可以用作图法画出这条交流负载线，如上图5-03.03中所示。
需要注意的是，由于变压器的初级线圈会产生感生电势，叠加上VCC后，会使得交流负载线与x轴的交点大于VCC。因此还要验证波动电压没有超过晶体管CE端的承受能力
3. 功率分析
● 输入功率：
当时输入信号为0时，放大电路消耗的即为维持静态工作点的偏置功率，此时从电源获得的输入功率为：
当存在输入信号时，从电源获得的电流IC会在静态工作点上下波动，由于正弦信号的对称性，因此从电源获得的平均功率不变，仍然可用上式表示。
● 输出功率：
当存在输入信号时，输出功率即为负载RL上消耗的功率，一般我们用有效值（rms）来表示交流电压和交流电流，输出功率表达式为：
4. 效率分析
在最理想情况时，负载能得到最大的电压波动范围，静态工作点处于输出曲线的中间位置，由于静态工作点我们已经确定为VCC，那么最理想的情况时，交流负载线与x轴的交流为2VCC、与y轴的交点为2ICQ，此时可以最充分地利用交流负载线的全部范围且不使输出波形失真，如下图所示。
图5-03.04
在此理想情况下，输出电压有效值和输出电流有效值分别为：
因此理论最大效率为：
这个只是变压器耦合甲类功放的最理想情况上的理论最大效率，在实际应用中，一般很难使静态工作点正好位于交流负载线的正中位置，因此实际的变压器耦合甲类功放的工作效率都会低于50%。
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