功率放大器的使用极限

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脉冲运用

　　有些应用必须处理电流脉冲或具有低占空因数的变化电流波形。SOA曲线有时表现出能为短持续时间的脉冲提供大电流的能力。在图2中标出了5ms、1ms和0.5ms脉冲的SOA极限值,占空因数必须很低（约5％或更低），以便给输出晶体管上的热量提供消散的时间。

　　用一种与矩形脉冲近似的方法来估算异常的电流波形，如图4所示。对于电阻性负载，有最大负载的状态是在输出电压约为图示电源电压一半的时候。对于其它类型的负载，评价产生显著负载电流和高的VCE的任一种状态。评价脉冲电流超过放大器直流SOA范围的应用情形要特别仔细，因为它们接近器件的极限值。通过选取一个接近SOA极限值的恒定值来实现良好的可靠性。

交流信号

　　设想一个快速横切图3中曲线的时变信号，仅仅是短暂地通过最大功耗的那点。如果信号变化得足够快（超过50Hz），那么器件的热时间常数引起的结温由平均功耗来决定。因此，交流应用通常要比相同峰值电压和电流的直流应用需要更少的功率。

　　如果信号是双向的，比如一个以零点为中心的正弦波，则每个输出晶体管"休息"半周，总的放大器功耗在两个输出晶体管之间均分，同时降低有效的封装热阻。

　　如果瞬时峰值损耗点在放大器的SOA内，首先要关心的是提供足够大的散热器以防止过热。由于这一峰值状态只是在一个交流周期中短暂地通过，交流应用能可靠工作，可更接近于SOA的极限值。

　　图5 表示的是具有±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％），图5表示的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，可以利用由图5中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

　　图6 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。

　　重新考察图5中的曲线，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（见测量方法图8）。

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