來(lái)源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

放大器根據(jù)其結(jié)構(gòu)和工作特性分為幾類(lèi)。并非所有的放大器都相同，并且它們的輸出級(jí)的配置和操作方式也有明顯的區(qū)別。理想放大器的主要工作特性是線(xiàn)性，信號(hào)增益，效率和功率輸出，但在現(xiàn)實(shí)世界中，放大器始終在這些不同特性之間進(jìn)行權(quán)衡。

通常，在音頻放大器系統(tǒng)的輸出級(jí)中使用大信號(hào)或功率放大器來(lái)驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器負(fù)載。典型的揚(yáng)聲器的阻抗在4Ω至8Ω之間，因此功率放大器必須能夠提供驅(qū)動(dòng)低阻抗揚(yáng)聲器所需的高峰值電流。

一種用于區(qū)分不同類(lèi)型放大器的電氣特性的方法是“分類(lèi)”，因此，根據(jù)放大器的電路配置和操作方法對(duì)其進(jìn)行分類(lèi)。然后，放大器類(lèi)是用于區(qū)分不同放大器類(lèi)型的術(shù)語(yǔ)。

放大器類(lèi)表示當(dāng)被正弦輸入信號(hào)激勵(lì)時(shí)，在一個(gè)操作周期內(nèi)，放大器電路內(nèi)輸出信號(hào)的量變化。放大器的分類(lèi)范圍從效率非常低的完全線(xiàn)性操作（用于高保真信號(hào)放大）到完全非線(xiàn)性（其中忠實(shí)的信號(hào)再現(xiàn)不是很重要）的操作，但效率更高。是兩者之間的折衷。

放大器類(lèi)主要分為兩個(gè)基本組。第一個(gè)是經(jīng)典控制的導(dǎo)通角放大器，形成更常見(jiàn)的A，B，AB和C類(lèi)放大器，它們由它們?cè)谳敵霾ㄐ蔚哪承┎糠稚系膶?dǎo)通狀態(tài)的長(zhǎng)度來(lái)定義，因此輸出級(jí)晶體管的工作原理在于在“完全開(kāi)啟”和“完全關(guān)閉”之間的某個(gè)位置。

第二組放大器是D，E，F(xiàn)，G，S，T等較新的所謂“開(kāi)關(guān)”放大器類(lèi)，它們使用數(shù)字電路和脈沖寬度調(diào)制（PWM）來(lái)不斷地在“完全- “開(kāi)”和“全關(guān)”將輸出硬驅(qū)動(dòng)到晶體管的飽和和截止區(qū)域。

最常見(jiàn)的放大器類(lèi)別是用作音頻放大器的類(lèi)別，主要是A，B，AB和C類(lèi)，為了使事情簡(jiǎn)單起見(jiàn)，我們將在這里詳細(xì)介紹這些類(lèi)型的放大器。

A類(lèi)放大器

A類(lèi)放大器是放大器拓?fù)渲凶畛Ｒ?jiàn)的類(lèi)型，因?yàn)樗鼈冊(cè)诜糯笃髟O(shè)計(jì)中僅使用一個(gè)輸出開(kāi)關(guān)晶體管（雙極，F(xiàn)ET，IGBT等）。該單個(gè)輸出晶體管在其負(fù)載線(xiàn)的中間偏置在Q點(diǎn)附近，因此永遠(yuǎn)不會(huì)被驅(qū)動(dòng)到其截止或飽和區(qū)域，從而使其在整個(gè)輸入周期的360度內(nèi)傳導(dǎo)電流。然后，A類(lèi)拓?fù)涞妮敵鼍w管永遠(yuǎn)不會(huì)“關(guān)斷”，這是其主要缺點(diǎn)之一。

“ A”類(lèi)放大器被認(rèn)為是放大器設(shè)計(jì)的最佳類(lèi)別，這主要是因?yàn)檎_設(shè)計(jì)后，它們具有出色的線(xiàn)性度，高增益和低信號(hào)失真水平。盡管出于對(duì)熱電源的考慮，很少在高功率放大器應(yīng)用中使用它，但A類(lèi)放大器可能是這里提到的所有放大器類(lèi)中音色最好的，因此也用于高保真音頻放大器設(shè)計(jì)中。

A類(lèi)放大器

為了實(shí)現(xiàn)高線(xiàn)性度和增益，A類(lèi)放大器的輸出級(jí)一直都偏置為“ ON”（導(dǎo)通）。然后，將放大器分類(lèi)為“ A類(lèi)”，輸出級(jí)中的零信號(hào)空閑電流必須等于或大于產(chǎn)生最大輸出信號(hào)所需的最大負(fù)載電流（通常是揚(yáng)聲器）。

當(dāng)A類(lèi)放大器在其特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性部分中工作時(shí)，單個(gè)輸出設(shè)備將在整個(gè)360度輸出波形中傳導(dǎo)。那么，A類(lèi)放大器相當(dāng)于一個(gè)電流源。

由于A類(lèi)放大器在線(xiàn)性區(qū)域內(nèi)工作，因此應(yīng)適當(dāng)選擇晶體管的基極（或柵極）直流偏置電壓，以確保正確的工作和低失真。但是，由于輸出設(shè)備始終處于“ ON”狀態(tài)，因此它會(huì)持續(xù)承載電流，這表示放大器中的功率不斷損耗。

由于功率A類(lèi)放大器的這種持續(xù)損耗，放大器產(chǎn)生了大量的熱量，使它們的效率非常低，約為30％，這使其不適用于高功率放大。同樣，由于放大器的高空載電流，必須相應(yīng)地調(diào)整電源的大小，并進(jìn)行良好的濾波，以避免放大器產(chǎn)生任何嗡嗡聲和噪聲。因此，由于A類(lèi)放大器的低效率和過(guò)熱問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了更有效的放大器類(lèi)。

B類(lèi)放大器

發(fā)明B類(lèi)放大器是為了解決與以前的A類(lèi)放大器相關(guān)的效率和發(fā)熱問(wèn)題?；镜腂類(lèi)放大器使用兩個(gè)互補(bǔ)的晶體管，即FET的雙極型，用于波形的每一半，其輸出級(jí)配置為“推挽”型，因此每個(gè)晶體管器件僅放大輸出波形的一半。

在B類(lèi)放大器中，由于其靜態(tài)電流為零，因此沒(méi)有DC基極偏置電流，因此dc功率很小，因此其效率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于A類(lèi)放大器。但是，為了提高效率而付出的代價(jià)是開(kāi)關(guān)裝置的線(xiàn)性度。

B類(lèi)放大器

當(dāng)輸入信號(hào)為正時(shí)，正偏置晶體管導(dǎo)通，而負(fù)晶體管切換為“關(guān)”。同樣，當(dāng)輸入信號(hào)變?yōu)樨?fù)時(shí)，正晶體管切換為“關(guān)”，而負(fù)偏置晶體管則切換為“導(dǎo)通”并傳導(dǎo)信號(hào)的負(fù)部分。因此，晶體管僅在輸入信號(hào)的正半周期或負(fù)半周期導(dǎo)通一半時(shí)間。

然后我們可以看到，B類(lèi)放大器的每個(gè)晶體管器件在嚴(yán)格的時(shí)間交替中僅導(dǎo)通輸出波形的一半或180度，但是由于輸出級(jí)具有用于信號(hào)波形的兩半的器件，因此將這兩個(gè)半部分組合在一起產(chǎn)生全線(xiàn)性輸出波形。

放大器的這種推挽式設(shè)計(jì)顯然比A類(lèi)更有效，約為50％，但是B類(lèi)放大器設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于，由于晶體管死區(qū)，它會(huì)在波形的零交叉點(diǎn)產(chǎn)生失真。 -0.7V至+0.7的輸入基本電壓。

我們從晶體管教程中還記得，要使雙極晶體管開(kāi)始導(dǎo)通，需要大約0.7伏的基極-發(fā)射極電壓。然后，在B類(lèi)放大器中，直到超過(guò)該電壓，輸出晶體管才不會(huì)“偏置”到工作的“導(dǎo)通”狀態(tài)。

這意味著落在此0.7伏窗口內(nèi)的波形部分將無(wú)法精確再現(xiàn)，從而使B類(lèi)放大器不適用于精密音頻放大器應(yīng)用。

為了克服這種過(guò)零失真（也稱(chēng)為交叉失真），開(kāi)發(fā)了AB類(lèi)放大器。

AB類(lèi)放大器

顧名思義，AB類(lèi)放大器是我們上面已經(jīng)看過(guò)的“ A類(lèi)”和“ B類(lèi)” 放大器的組合。放大器的AB分類(lèi)目前是音頻功率放大器設(shè)計(jì)中最常用的類(lèi)型之一。AB類(lèi)放大器是上述B類(lèi)放大器的一種變形，不同之處在于，兩個(gè)設(shè)備都可以在波形交叉點(diǎn)附近同時(shí)導(dǎo)通，從而消除了先前B類(lèi)放大器的交叉失真問(wèn)題。

這兩個(gè)晶體管具有非常小的偏置電壓，通常為靜態(tài)電流的5％到10％，以將晶體管偏置到剛好高于其截止點(diǎn)的水平。然后，導(dǎo)通器件（即FET的雙極性）將導(dǎo)通超過(guò)一個(gè)半周期，但遠(yuǎn)小于輸入信號(hào)的一個(gè)完整周期。因此，在AB類(lèi)放大器設(shè)計(jì)中，每個(gè)推挽晶體管的導(dǎo)通時(shí)間略大于B類(lèi)的半導(dǎo)通周期，但遠(yuǎn)小于A類(lèi)的整個(gè)導(dǎo)通周期。

換句話(huà)說(shuō)，一個(gè)AB類(lèi)放大器的導(dǎo)通角是180之間某處?和360 ?取決于所選擇的偏置點(diǎn)。

AB類(lèi)放大器

由串聯(lián)二極管或電阻器提供的這種小的偏置電壓的優(yōu)勢(shì)在于，可以克服由B類(lèi)放大器特性產(chǎn)生的交叉失真，而不會(huì)降低A類(lèi)放大器設(shè)計(jì)的效率。因此，就效率和線(xiàn)性而言，AB類(lèi)放大器是A類(lèi)和B類(lèi)之間的一個(gè)很好的折衷，轉(zhuǎn)換效率達(dá)到了大約50％至60％。

C類(lèi)放大器

在C類(lèi)放大器設(shè)計(jì)具有最大的效率，但這里所說(shuō)放大器的類(lèi)別中最貧窮的線(xiàn)性度。先前的A，B和AB類(lèi)被認(rèn)為是線(xiàn)性放大器，因?yàn)檩敵鲂盘?hào)的幅度和相位與輸入信號(hào)的幅度和相位線(xiàn)性相關(guān)。

但是，C類(lèi)放大器受到嚴(yán)重偏置，因此，在一個(gè)輸入正弦信號(hào)周期的一半以上的時(shí)間內(nèi)，輸出電流為零，而該晶體管在其截止點(diǎn)處于空閑狀態(tài)。換句話(huà)說(shuō)，晶體管的導(dǎo)通角明顯小于180度，并且通常在90度附近。

盡管這種形式的晶體管偏置使放大器的效率大大提高了約80％，但它會(huì)給輸出信號(hào)帶來(lái)非常嚴(yán)重的失真。因此，C類(lèi)放大器不適合用作音頻放大器。

C類(lèi)放大器

由于其嚴(yán)重的音頻失真，C類(lèi)放大器通常用于高頻正弦波振蕩器和某些類(lèi)型的射頻放大器中，在這些放大器中，放大器輸出端產(chǎn)生的電流脈沖可以通過(guò)交流電轉(zhuǎn)換為特定頻率的完整正弦波。在集電極電路中使用LC諧振電路。

放大器類(lèi)摘要

然后我們可以看到，放大器的靜態(tài)直流工作點(diǎn)（Q點(diǎn)）決定了放大器的分類(lèi)。通過(guò)將Q點(diǎn)的位置設(shè)置在放大器特性曲線(xiàn)的負(fù)載線(xiàn)的一半處，該放大器將用作A類(lèi)放大器。通過(guò)將Q點(diǎn)向下移動(dòng)，負(fù)載線(xiàn)將放大器變?yōu)锳B，B或C類(lèi)放大器。

然后，就其直流工作點(diǎn)而言，放大器的工作類(lèi)別為：

放大器類(lèi)別和效率

除音頻放大器外，還有許多與開(kāi)關(guān)放大器設(shè)計(jì)有關(guān)的高效率放大器類(lèi)，它們使用不同的開(kāi)關(guān)技術(shù)來(lái)減少功率損耗并提高效率。下面列出的某些放大器類(lèi)設(shè)計(jì)使用RLC諧振器或多個(gè)電源電壓來(lái)降低功率損耗，或者是使用脈沖寬度調(diào)制（PWM）開(kāi)關(guān)技術(shù)的數(shù)字DSP（數(shù)字信號(hào)處理）型放大器。

其他通用放大器類(lèi)

D類(lèi)放大器– D類(lèi)音頻放大器基本上是非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)放大器或PWM放大器。D類(lèi)放大器理論上可以達(dá)到100％的效率，因?yàn)樵谥芷谥袥](méi)有周期，因?yàn)殡娏鲀H通過(guò)導(dǎo)通的晶體管汲取，電壓和電流波形重疊。

F類(lèi)放大器– F類(lèi)放大器通過(guò)在輸出網(wǎng)絡(luò)中使用諧波諧振器將輸出波形整形為方波來(lái)提高效率和輸出。如果使用無(wú)限次諧波調(diào)諧，則F類(lèi)放大器的效率可以達(dá)到90％以上。

G類(lèi)放大器– G類(lèi)對(duì)基本的AB類(lèi)放大器設(shè)計(jì)進(jìn)行了增強(qiáng)。G類(lèi)使用多個(gè)不同電壓的電源軌，并在輸入信號(hào)變化時(shí)自動(dòng)在這些電源軌之間切換。這種恒定的開(kāi)關(guān)減少了平均功耗，從而減少了由于浪費(fèi)熱量而導(dǎo)致的功率損耗。

I類(lèi)放大器– I類(lèi)放大器具有兩組互補(bǔ)輸出開(kāi)關(guān)器件，它們以并行推挽配置排列，兩組開(kāi)關(guān)器件均采樣相同的輸入波形。一臺(tái)設(shè)備切換波形的正半部分，而另一臺(tái)設(shè)備切換類(lèi)似于B類(lèi)放大器的負(fù)半部分。在沒(méi)有施加輸入信號(hào)的情況下，或者當(dāng)信號(hào)到達(dá)零交叉點(diǎn)時(shí)，開(kāi)關(guān)設(shè)備同時(shí)以50％PWM占空比導(dǎo)通和關(guān)斷，以抵消任何高頻信號(hào)。

為了產(chǎn)生輸出信號(hào)的正一半，正開(kāi)關(guān)器件的輸出占空比增加，而負(fù)開(kāi)關(guān)器件減小占空比，反之亦然。據(jù)說(shuō)這兩個(gè)開(kāi)關(guān)信號(hào)電流在輸出處是交錯(cuò)的，因此，I類(lèi)放大器的名稱(chēng)為：“交錯(cuò)的PWM放大器”，其開(kāi)關(guān)頻率超過(guò)250kHz。

S類(lèi)放大器– S類(lèi)功率放大器是一種非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)模式放大器，其操作類(lèi)似于D類(lèi)放大器。S類(lèi)放大器通過(guò)delta-sigma調(diào)制器將模擬輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字方波脈沖，并在最終被帶通濾波器解調(diào)之前將其放大以增加輸出功率。由于此開(kāi)關(guān)放大器的數(shù)字信號(hào)始終完全為“ ON”或“ OFF”（理論上為零功耗），因此有可能達(dá)到100％的效率。

T類(lèi)放大器– T類(lèi)放大器是另一種數(shù)字開(kāi)關(guān)放大器設(shè)計(jì)。如今，由于存在數(shù)字信號(hào)處理（DSP）芯片和多聲道環(huán)繞聲放大器，T類(lèi)放大器作為音頻放大器設(shè)計(jì)正變得越來(lái)越流行，因?yàn)樗梢詫⒛M信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字脈沖寬度調(diào)制（PWM）信號(hào)，放大可提高放大器效率。T類(lèi)放大器設(shè)計(jì)結(jié)合了AB類(lèi)放大器的低失真信號(hào)電平和D類(lèi)放大器的功率效率。

我們?cè)谶@里已經(jīng)看到了許多放大器的分類(lèi)，從線(xiàn)性功率放大器到非線(xiàn)性開(kāi)關(guān)放大器，并且已經(jīng)看到了放大器類(lèi)別沿放大器負(fù)載線(xiàn)的不同。類(lèi)AB，B和C ^放大器可以在導(dǎo)通角來(lái)定義，θ如下：

放大器按導(dǎo)通角分類(lèi)

審核編輯黃昊宇