功率放大器的使用极限

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(Q1导通，图1)。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(图8B)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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