功率放大器的使用極限

如果信號是雙向的，比如一個以零點為中心的正弦波，則每個輸出晶體管“休息”半周，總的放大器功耗在兩個輸出晶體管之間均分，同時降低有效的封裝熱阻。

如果瞬時峰值損耗點在放大器的SOA內，首先要關心的是提供足夠大的散熱器以防止過熱。由于這一峰值狀態只是在一個交流周期中短暫地通過，交流應用能可靠工作，可更接近于SOA的極限值。

圖5 表示的是具有±40V電源和8Ω電阻性負載的功率放大器的功率曲線，此外，功率是相對于最大電壓輸出的百分率來標繪的。正如直流的情況一樣，由電源提供的功率隨輸出電壓線性地增加，提供給負載的功率隨輸出電壓的平方而增加。由放大器所消耗的功率PD是前兩條曲線之差，PD曲線的形狀與直流信號的情形類似，但在100%輸出電壓時不能接近于零。這是因為在滿幅度交流輸出電壓下，輸出快速地橫掃圖4的整個曲線(0到100%)，圖5表示的是這種動態狀態下的平均損耗。

當交流輸出波形的峰值約為電源電壓的63%時，放大器的損耗達到最大值。對于該正弦波的幅度，瞬時輸出電壓在交流周期的大部分區域，都是處在接近于電源電壓一半的關鍵數值上。

對任意電源電壓和負載電阻，可以利用由圖5中曲線右側標明的歸一化值來度量。為了求出在給定信號電平下你的放大器的損耗，要用(V+)2/RL去乘取自右側刻度的讀數。

交流應用很少有一定要在圖5的最大損耗點上經受連續運行的情形。例如，一個帶有語音或音樂的音頻放大器，其損耗一般要比這個最壞情形的值少得多，與信號的幅度無關。由于一種任意幅度的連續正弦波信號還是可能的，這種最壞情形的狀態是一種有用的基準。依據應用的場合，你或許需要就這種狀態來設計。

電抗負載-交流信號

圖6 表示的是在純電感性負載中電壓和電流的關系曲線。電流滯后于負載電壓90°，在電流是峰值時，負載電壓是零。這就意味著放大器必定在導通晶體管兩端的電壓為滿幅V+(對于峰值電流的負半周為V-)時，提供峰值電流。這種情況對于電容性負載，同樣是嚴厲的，檢驗這種狀態下SOA曲線上的電壓和電流。

重新考察圖5中的曲線，功率放大器的損耗等于來自電源的功率減去輸送給負載的功率。來自電源的功率PS不論負載阻抗是電阻性的還是電抗性的都是一樣的。但是，如果負載完全是電抗性的(電感或電容)，則輸送給負載的功率是零。所以，由放大器消耗的功率就等于來自電源的功率，在滿幅度輸出下，這約是具有電阻負載的放大器在最壞情況下損耗的三倍。

電抗性負載是一種損耗很大的情形，與電阻性負載相比，它要求有一個大的散熱器，幸虧純電抗性負載是罕見的。例如，一個交流電機不可能是純電感，否則它不能做任何機械功。

功率損耗

評價獨特的負載和信號可能是復雜的，利用放大器的功耗等于電源的功率減去負載功率的原理，由電源輸送的功率可以用如圖7所示的方法來測量，來自每個電源的功率等于平均電流乘它的電壓。如果輸出波形是不對稱的，要分別地測量和計算正和負電源，并把兩個功率相加。如果波形是對稱的，你可以測量一次并乘2。用平均值響應儀表來測量電流，一種簡單的帶有電流分流器裝置的D'Arsonval型儀表工作得很好，不要使用有效值響應儀表。

對于正弦信號，很容易求負載的功率：

PLOAD=(Iorms)·(Vorms)·cos(θ)

式中θ是負載電壓和電流之間的相位角(見測量方法圖8)。

對于復雜波形，負載功率是更難測量的，你可能了解一些確定負載功率的有關負載的一些情況，不然的話，你可以使用乘法器集成電路，用順次地乘以電壓和電流的方法來建立一個測量負載功率的電路。乘法器的平均直流輸出與平均負載功率成比例。

獨特的負載

通常當運算放大器的輸出為正時，它向負載提供電流(Q1導通，圖1)。根據所涉及的負載和電壓的形式，運算放大器在正的輸出時可能不得不吸收電流(Q2導通)，或者在負的輸出電壓下要求運放能提供電流。在這些情況下，導通晶體管兩端的電壓要比V+或V-更大。

這種情況的例子是一種被用作電流源的功率運算放大器。在電流源的依從范圍(compliance range)內，可以把它的輸出接到任意電壓電位上。使大電流流向負電位節點時，可能產生大的損耗，從而要求良好的SOA。

電機負載

評估電機負載可能是很棘手的，因為它們能夠把儲存的能量(機械能)返回給放大器，所以它們很像是個阻抗負載。當速度變化時，電機和負載的慣性可能引起放大器消耗非常大的功率。

機-電系統可以用電路來模擬，這本身就是一門學科(超出了本文的討論范圍)。

然而你可以在有效的負載狀態下測量電機(或任何其它的負載)的V-I消耗。圖8表示的是與負載串聯連接的一個電流檢測電阻，利用分別顯示在示波器掃描線上的負載電壓和電流，你就可以求出最大承載的條件。務必要考察導通晶體管兩端的電壓(VCE)，而不是放大器的輸出電壓，有最大承載的狀態可能出現在中等電流下，但負載電壓較低。

電壓和電流的X-Y方式顯示(圖8B)也可以幫助鑒別易出故障的條件。電壓和電流組合的更大功耗是那些偏離線性電阻負載的那些情形。

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