推挽式甲類功放輸出功率及損耗分析

甲類功放不存在交越失真，音頻信號可以完整地傳輸。甲類功放是發燒友追求的目標。一部甲類功放，一其輸出功率是多少?功率損耗是多少?這些都是甲類功放制作的前期理論計算。甲類功放多采用NPN與PNP配對的推挽式工作方式。

推挽式甲類功放電路，可以看成是由2個單管式甲類射極器組成。

正電源的NPN管與負電源的PNP管分別工作于甲類狀態，對整個音頻信號進行放大。輸出到音箱。

推挽式甲類功放在進行組裝調試前一定要知道，做多大的功率?需要多大靜態電流?供應電流是多少?損耗是多少?這方面的資料難尋。有些生產廠家在甲類功放上標示的功率是不是真有這么大?購買者都想核實。如何達到以上目標呢?

這就需要對推挽式甲類功放進行理論分析。

圖1是甲類推挽式功放輸出電路，這個輸出電路可以分解成圖2。

圖1 甲類推挽式功放輸出電路

圖2 輸出電路分解圖

從圖2可知，喇叭所獲得的電流是由NPN和PNP三極管分別提供的。NPN功放管和PNP功放管輸入的音頻信號極性是相同的。

甲類工作狀態就是三極管在工作時任何時候都有電流。不論驅動近年來，許多人以低價銷售安裝中星6B的C波段接收裝置。但一般未滿兩年這些鍋體便因嚴重銹蝕而紛紛解體，以致無信號是正值還是負值，末級管都有電流流過。單管甲類工作集電極電流波形見圖3。以正弦波為例，靜態電流為正弦波峰值即Io=lf,最大電流為2倍波峰值即Imax=21f=2I.這樣的靜態電流設置可保證整個信號周期內三極管都有電流流過。要求功放輸出功率，必須求出輸出電流有效值。電流有效值見圖3所示。

輸出電流波形陰影部分面積之和等效值：

每個管子甲類輸出功率為P甲1=I02Z(Z為輸出阻抗)。NPN和PNP兩個末級管總輸出甲類功率為P甲2=2P甲1=2I02Z.一般音箱阻抗為Z=8Ω。公式簡化為P甲2=2I02Z8=16I02z.通過上式可知計算出某臺甲類功放的輸出功率。該功放靜態電流為1.6A,P甲2=16I02Z=16X1.62=40.96(W)。文章所說40W/8Ω甲類輸出功率是可信的。

圖3 單管甲類工作集電極電流波形

8Ω負載甲類輸出功率與靜態電流見表1。

表1 8Ω負載甲類輸出功率與靜態電流

以Io為變化量。P甲2的曲線見圖4，是一條拋物線。

圖4 P甲2的曲線

甲類功放變壓器配備：最大電流Imax=2I0,電源供給功率為P供=2VImax=4VIo,變壓器容量S應大于P供，一般取S=1.2P供即可。還以上例計算，V=32V,10=1.6A,P供=4VI=4x32x1.6=204.8(W)。S1=1.2P供=1.2x204.8=245.76(W)。這是一個聲道變壓器容量。如果2個聲道合用1個變壓器，則變壓器容量S2=2S1=2x245.76=491.52W.文章配500w變壓器是合理的。

甲類功放供電電壓確定：供電電壓與負載所要求功率有關。P=U2/2,U=√PZ,音箱阻抗為8Ω，公式簡化為V1=√8P=2.83√P.40W甲類功放當阻抗為8Ω時，兩端電壓為V2=2.83√40=17.9(V)。最大電壓按最大電流為2倍靜態電流推算，應為17.9x2=36V.所以40W甲類輸出電壓最好是正負36V.用±32供電稍低，不同甲類功放輸出功率與電壓對應值見下表。這個電壓為最佳值，太大損耗大，太小動態受影響。

甲類功放效率分析：有效功率P1=IoIoZ。電源輸出功率為P2=2VIo,效率η=P1/P2=IoI.8/2VIo=IoIo.8/2VIo=4lo/V.從上面公式可知電壓越高效率越低。甲類功放電壓不能太低也不能太高，太低影響動態效應，太高影響效率。以1.6A 32V,40W甲類輸出為例，計算效率11=4×1.6/32×100%=20%.所以甲類功放效率很低。各種甲類功放因輸出功率不同而效率不同，見表2。甲類效率最高的是40W功率功放。

表2 各種甲類功放因輸出功率不同而效率不同