不同类型放大器应用

放大器根据其结构和工作特性分为类别

并非所有放大器都相同，并且在输出级的配置和操作方式之间有明显的区别。理想放大器的主要工作特性是线性度，信号增益，效率和功率输出，但在现实世界的放大器中，这些不同的特性之间总是存在折衷。

通常，使用大信号或功率放大器在音频放大器系统的输出级中驱动扬声器负载。典型的扬声器阻抗介于4Ω和8Ω之间，因此功率放大器必须能够提供驱动低阻抗扬声器所需的高峰值电流。

用于区分不同电气特性的一种方法类型的放大器是“类”的，并且这样的放大器根据它们的电路配置和操作方法分类。然后放大器类是用于区分不同放大器类型的术语。

放大器类表示在放大器内变化的输出信号量当被正弦输入信号激励时，电路在一个操作周期内。放大器的分类范围从完全线性操作（用于高保真信号放大）到非常低效率，到完全非线性（忠实信号再现不那么重要）操作但效率更高，而其他是两者之间的妥协。

放大器类主要集中在两个基本组中。第一种是经典控制的导通角放大器，形成更常见的 A，B，AB 和 C 放大器类别，它们的导通状态长度超过某些输出波形的一部分，使得输出级晶体管操作位于“完全开”和“完全关”之间。

第二组放大器是较新的所谓“开关”放大器类别 D，E，F，G，S，T 等，它们使用数字电路和脉冲宽度调制（PWM）在“完全开启”和“完全关闭”之间不断切换信号“将输出硬盘驱动到晶体管饱和区和截止区。

最常用的放大器类是用作音频放大器的类，主要是 A，B，AB 和 C 并且为了简单起见，我们将在这里更详细地讨论这些类型的放大器类。

A类放大器

A类放大器是最常见的放大器拓扑类型，因为它们在其放大器设计中仅使用一个输出开关晶体管（双极，FET，IGBT等）。该单输出晶体管在其负载线中间的Q点周围偏置，因此不会被驱动到其截止或饱和区域，从而允许其在输入周期的整个360度内传导电流。然后，A类拓扑结构的输出晶体管永远不会“关闭”，这是其主要缺点之一。

“A”类放大器被认为是最佳的放大器设计，主要是因为它们具有出色的线性度，正确设计时的高增益和低信号失真水平。虽然由于考虑了热功率因素，很少用于高功率放大器应用，但A类放大器可能是这里提到的所有放大器类别的最佳声音，因此用于高保真音频放大器设计。

A类放大器

为了实现高线性度和增益，A类放大器的输出级始终偏置为“导通”（导通）。然后，对于被归类为“A类”的放大器，输出级中的零信号空闲电流必须等于或大于产生最大输出信号所需的最大负载电流（通常是扬声器）。

作为A类放大器工作在其特性曲线的线性部分，单输出器件通过整个360度的输出波形。然后A类放大器相当于电流源。

由于A类放大器工作在线性区域，晶体管基极（或栅极）直流偏置电压应适当选择，以确保正确操作和低失真。但是，由于输出设备始终处于“接通”状态，因此它始终承载电流，这表示放大器中的电源持续断电。

由于这种连续的功率损耗，A类放大器产生了巨大的影响。热量增加到非常低的效率，约为30％，这使得它们对于高功率放大是不切实际的。此外，由于放大器的高空载电流，电源必须相应地调整大小并进行过滤，以避免任何放大器嗡嗡声和噪声。因此，由于A类放大器的低效率和过热问题，已经开发出更高效的放大器类别。

B类放大器

B类放大器被发明为解决与之前的A类放大器相关的效率和加热问题。基本的B类放大器使用两个互补的晶体管，每个波形的一半为双极FET，其输出级配置为“推挽”型排列，因此每个晶体管器件只放大输出波形的一半。

在B类放大器中，没有直流基极偏置电流，因为其静态电流为零，因此直流功率很小，因此其效率远高于A类放大器。然而，为提高效率而付出的代价是开关器件的线性度。

B类放大器

当输入信号变为正时，正偏置晶体管导通，而负晶体管切换为“OFF”。同样，当输入信号变为负时，正晶体管切换为“OFF”，而负偏置晶体管变为“ON”并传导信号的负部分。因此，晶体管仅在输入信号的正半周期或负半周期导通一半时间。

然后我们可以看到B类放大器的每个晶体管器件仅导通一半或180度在严格的时间交替中输出波形，但由于输出级具有两半信号波形的设备，因此将两半组合在一起以产生完整的线性输出波形。

这种推拉式设计放大器显然比A类更有效，约为50％，但B类放大器设计的问题是，由于输入基极电压的晶体管死区，它可能在波形的过零点产生失真 - 0.7V至+0.7。

我们从晶体管教程中记得，它需要一个大约0.7伏的基极 - 发射极电压才能使双极晶体管开始导通。然后在B类放大器中，输出晶体管不会“偏置”到“ON”操作状态，直到超过该电压。

这意味着波形的一部分落在这个0.7伏的窗口内将无法准确再现，因为B类放大器不适合精密音频放大器应用。

克服这种过零失真（也称为交叉失真）开发了AB类放大器。

AB类放大器

顾名思义，AB类放大器是我们在上面看过的“A类”和“B类”放大器。放大器的AB分类是目前最常用的音频功率放大器设计类型之一。 AB类放大器是如上所述的B类放大器的变体，除了允许两个器件在波形交叉点附近同时导通，消除了前一类B类放大器的交叉失真问题。

这两个晶体管具有非常小的偏置电压，通常为静态电流的5到10％，以使晶体管偏置在其截止点之上。然后导电器件（FET的双极）将“导通”超过一个半周期，但远小于输入信号的一个完整周期。因此，在AB类放大器设计中，每个推挽晶体管的导通时间略长于B类中的半导通周期，但远低于A类导通的完整周期。

换句话说，AB类放大器的导通角介于180 o 和360 o 之间，具体取决于所选择的偏置点。

AB类放大器

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由串联二极管或电阻器提供的这种小偏压的优点在于克服了B类放大器特性产生的交叉失真，而没有A类放大器设计的低效率。因此AB类放大器在效率和线性度方面是A类和B类之间的良好折衷，转换效率达到约50％至60％。

C类放大器

C类放大器设计具有最高的效率，但这里提到的放大器类别的线性度最差。以前的类 A，B 和 AB 被认为是线性放大器，因为输出信号的幅度和相位与输入信号的幅度和相位线性相关。

然而，C类放大器严重偏置，因此输出电流为零，超过输入正弦信号周期的一半，晶体管在其截止点空转。换句话说，晶体管的导通角明显小于180度，通常在90度左右。

虽然这种形式的晶体管偏置使效率大大提高了80％左右。放大器，它引入了非常严重的输出信号失真。因此，C类放大器不适合用作音频放大器。

C类放大器

由于其严重的音频失真，C类放大器常用于高频正弦波振荡器和某些类型的射频放大器，其中放大器输出端产生的电流脉冲可以转换通过在其集电极电路中使用LC谐振电路来完成特定频率的正弦波。

放大器类摘要

然后我们看到了静态直流工作点（ Q点）放大器决定放大器分类。通过在放大器特性曲线的负载线上设置 Q点的位置，放大器将作为A类放大器工作。通过将 Q点向下移动，负载线将放大器更改为 AB，B 或 C 类放大器。

然后放大器的直流工作点操作类别如下：

放大器类和效率

除音频放大器外，还有许多与开关放大器设计相关的高效率放大器类，它们使用不同的开关技术来降低功率损耗并提高效率。下面列出的一些放大器类设计使用RLC谐振器或多个电源电压来降低功率损耗，或者是使用脉冲宽度调制（PWM）开关技术的数字DSP（数字信号处理）型放大器。

其他通用放大器类

D类放大器 - D类音频放大器基本上是非线性开关放大器或PWM放大器。 D类放大器理论上可以达到100％的效率，因为在一个周期内没有周期电压和电流波形重叠，因为电流仅通过晶体管导通。

F类放大器-F类放大器通过在输出网络中使用谐波谐振器将输出波形整形为方波，从而提高效率和输出。如果使用无限谐波调谐，F类放大器的效率可高达90％以上。

G类放大器 - G类增强了基本的AB类放大器设计。 G类使用多种不同电压的电源轨，并随着输入信号的变化自动在这些电源轨之间切换。这种恒定的切换降低了平均功耗，从而降低了浪费热量造成的功率损耗。

I类放大器 - I类放大器具有两组互补输出开关器件，以并联推挽式配置排列，两组开关器件对相同的输入波形进行采样。一个器件切换波形的正半部分，而另一个器件切换负半部分类似于B类放大器。在没有施加输入信号的情况下，或者当信号到达过零点时，开关器件同时接通和断开，同时50％PWM占空比抵消任何高频信号。

产生在输出信号的正半部分，正开关器件的输出在占空比中增加，而负开关器件减小相同，反之亦然。两个开关信号电流据说在输出端交错，给出了I类放大器的名称：“交错式PWM放大器”，开关频率超过250kHz。

S类放大器 - S类功率放大器是一种非线性开关模式放大器，与D类放大器类似。 S类放大器通过Δ-Σ调制器将模拟输入信号转换为数字方波脉冲，并在最终通过带通滤波器解调之前将它们放大以增加输出功率。由于该开关放大器的数字信号始终处于完全“开”或“关”状态（理论上为零功耗），因此效率可达到100％。

T类放大器 - T类放大器是另一种数字开关放大器设计。由于存在数字信号处理（DSP）芯片和多声道环绕声放大器，T类放大器现在开始变得更受欢迎，因为它将模拟信号转换为数字脉冲宽度调制（PWM）信号。放大增加放大器效率。 T类放大器设计结合了AB类放大器的低失真信号电平和D类放大器的功率效率。

我们在这里看到了许多放大器的分类从线性功率放大器到非线性开关放大器，我们已经看到放大器类别与放大器负载线的不同之处。 AB，B 和 C 类放大器可以根据导通角定义，θ如下：

放大器类别传导角度