功放的ABCD類(lèi)

1、純Class A（甲類(lèi)）功率放大器

純甲類(lèi)功率放大器又稱(chēng)為A類(lèi)功率放大器（Class A），它是一種完全的線性放大形式的放大器。在純甲類(lèi)功率放大器工作時(shí)，晶體管的正負(fù)通道不論有或沒(méi)有信號(hào)都處于常開(kāi)狀態(tài)，這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類(lèi)功率放大器在汽車(chē)音響的應(yīng)用中比較少見(jiàn)，像意大利的Sinfoni高品質(zhì)系列才有這類(lèi)功率放大器。這是因?yàn)榧兗最?lèi)功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音響發(fā)燒友們對(duì)它的聲音表現(xiàn)津津樂(lè)道。

小信號(hào)放大器主要包括：共射極放大器、共基極放大器、共集極放大器，如果這種小信號(hào)放大器能夠?qū)π盘?hào)進(jìn)行完整放大，那就就可以稱(chēng)為ClassA放大器。

A類(lèi)擴(kuò)大是音色還原度最高的一種放大方式，同時(shí)效率也非常低。

在訊號(hào)輸入周期都是導(dǎo)通的狀態(tài)(包含正周波和負(fù)周波)，因此即使是沒(méi)有訊號(hào)輸入時(shí)，功放也是持續(xù)在耗電，也因此A類(lèi)有最好的線性度，而不會(huì)產(chǎn)生B類(lèi)、AB類(lèi)的交互失真(Crossover Distortion)問(wèn)題。A類(lèi)擴(kuò)大能在放大輸入訊號(hào)(藍(lán)色)的同時(shí)，達(dá)到最小失真的輸出訊號(hào)(綠色)

雖然A類(lèi)能提供最低失真的音色，但它的效率只在15%-30%之間，大部分的電能都化作溫度散失了，所以機(jī)身溫度都很燙，基于散熱考慮機(jī)器也只能做的很大臺(tái)又笨重，在高溫高電流的環(huán)境下放大組件(晶體管or真空管)也時(shí)常需要更換。

由于A類(lèi)放大的聲音有非常低的失真度，即便缺點(diǎn)甚多，仍有許多音響發(fā)燒友愿意花大錢(qián)追求幾乎沒(méi)有失真的音色。

小信號(hào)放大器的輸入信號(hào)幅度很小，而且輸出的變化幅度也很有限，如圖所示，Ic以及Vce在各自的靜態(tài)工作點(diǎn)(ICQ、VCEQ)上、下有限的范圍內(nèi)變化，而ClassA放大器不同，如圖所示，為了獲得最大限度的功率輸出，它的Ic以及Vce都都在各自的極限范圍內(nèi)進(jìn)行變化，對(duì)于Ic來(lái)說(shuō)，這個(gè)極限范圍是0~Ic(sat);對(duì)于Vce來(lái)說(shuō)，這個(gè)極限范圍是0~Vce(cutoff)。

小信號(hào)放大器與ClassA放大器的AC負(fù)載線

ClassA放大器怎樣才能獲得最大輸出信號(hào)

從上圖的右圖可以推斷，如果Q點(diǎn)在 AC負(fù)載線的中間，則ClassA放大器可以獲得最大的輸出信號(hào)，在理想情況下，Ic可以從靜態(tài)工作點(diǎn)ICQ變大到其飽和值Ic(sat)處，或變小到截止值0。如果輸入信號(hào)的變化幅度超過(guò)一定范圍，使得放大器進(jìn)入飽和或者截止?fàn)顟B(tài)，則會(huì)出現(xiàn)下圖所示的失真。

如果Q點(diǎn)偏離中央而趨向飽和區(qū)或者截止區(qū)，則會(huì)出現(xiàn)下圖所示的飽和失真或截止失真——Q點(diǎn)偏飽和區(qū)時(shí)為飽和失真，Q點(diǎn)偏向截止區(qū)的為截止失真。

功率放大器與小信號(hào)放大器一樣，在對(duì)信號(hào)放大的同時(shí)需保證輸出與輸入的一致性。所以，把Q點(diǎn)放到AC負(fù)載線中央對(duì)于ClassA放大器來(lái)說(shuō)可以獲得最大的輸出信號(hào)且避免失真。

如圖所示是其中一種ClassA放大器：

2、Class B（乙類(lèi)）功率放大器

乙類(lèi)功率放大器，也稱(chēng)為B類(lèi)功率放大器（Class B），它也被稱(chēng)為線性放大器，但是它的工作原理與純甲類(lèi)功率放大器完全不同。B類(lèi)功放在工作時(shí)，晶體管的正負(fù)通道通常是處于關(guān)閉的狀態(tài)除非有信號(hào)輸入，也就是說(shuō)，在正相的信號(hào)過(guò)來(lái)時(shí)只有正相通道工作，而負(fù)相通道關(guān)閉，兩個(gè)通道絕不會(huì)同時(shí)工作，因此在沒(méi)有信號(hào)的部分，完全沒(méi)有功率損失。但是在正負(fù)通道開(kāi)啟關(guān)閉的時(shí)候，常常會(huì)產(chǎn)生跨越失真，特別是在低電平的情況下，所以B類(lèi)功率放大器不是真正意義上的高保真功率放大器。在實(shí)際的應(yīng)用中，其實(shí)早期許多的汽車(chē)音響功放都是B類(lèi)功放，因?yàn)樗男时容^高。

因?yàn)锳類(lèi)擴(kuò)大實(shí)在是很沒(méi)效率，B類(lèi)擴(kuò)大就采用不同的設(shè)計(jì)方式，分別有兩個(gè)輸出放大器來(lái)處理音頻訊號(hào)的正波和負(fù)波，再由晶體整合輸出，處理正波的在工作時(shí)，負(fù)責(zé)負(fù)波的就停止，反之亦然。因此B類(lèi)放大能夠有接近80%的轉(zhuǎn)換效率。

但B類(lèi)放大有一個(gè)主要的問(wèn)題是在兩個(gè)輸出放大器一開(kāi)一關(guān)之間，會(huì)導(dǎo)致正負(fù)波交點(diǎn)的線性不連續(xù)，也就是前面提到的交越失真(Crossover Distortion)，使聲音較為粗糙。

純B類(lèi)功放較少，因?yàn)樵谟嵦?hào)非常低時(shí)失真十分嚴(yán)重，所以交越失真令聲音變得粗糙。B類(lèi)功放的效率平均約為75%，產(chǎn)生的熱量較A類(lèi)機(jī)低，容許使用較小的散熱器。乙類(lèi)功放通常的工作方式分為OCL和BTL，BTL可以提供更大的功率，目前絕大部分的功率集成電路都可以用兩塊組成BTL電路。

B類(lèi)放大器的晶體管只在半個(gè)周期或者說(shuō)正弦波的180度內(nèi)導(dǎo)通，看上圖，這樣的放大器看似沒(méi)有什么用處，因?yàn)樗鼘?dǎo)致了信號(hào)的失真。不過(guò)，如果你將兩個(gè)晶體管結(jié)合起來(lái)使用，一個(gè)用來(lái)放大正半周，另一個(gè)用來(lái)放大負(fù)半周，然后再將兩者組合起來(lái)，那個(gè)整個(gè)波形就都得到了放大。這樣的放大器稱(chēng)作推挽式放大器。

像B類(lèi)放大器這種設(shè)計(jì)的好處是電路的效率更高，不過(guò)此類(lèi)放大器在正弦波過(guò)零點(diǎn)的附近會(huì)導(dǎo)致信號(hào)的交越失真，這是由于晶體管不可能精確地在零點(diǎn)位置上導(dǎo)通和關(guān)閉。為了去掉交越失真，人們?cè)O(shè)計(jì)了AB類(lèi)放大器，它容許晶體管在輸入正弦波信號(hào)高于180度導(dǎo)通，它容許小電流不間斷地流動(dòng)，其結(jié)果是失真基本消除但效率較低。

3、Class AB（甲乙類(lèi))功率放大器

甲乙類(lèi)功率放大器也稱(chēng)為AB類(lèi)功率放大器（Class AB），它是兼容A類(lèi)與B類(lèi)功放的優(yōu)勢(shì)的一種設(shè)計(jì)。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)非常小時(shí)，晶體管的正負(fù)通道都常開(kāi)，這時(shí)功率有所損耗，但沒(méi)有A類(lèi)功放功率損耗嚴(yán)重。當(dāng)信號(hào)是正相時(shí)，負(fù)相通道在信號(hào)變強(qiáng)前還是常開(kāi)的，但信號(hào)轉(zhuǎn)強(qiáng)則負(fù)通道關(guān)閉。當(dāng)信號(hào)是負(fù)相時(shí)，正負(fù)通道的工作剛好相反。AB類(lèi)功率放大器的缺陷在于會(huì)產(chǎn)生交越失真，但是相對(duì)于它的效率比以及保真度而言，都優(yōu)于A類(lèi)和B類(lèi)功放，AB類(lèi)功放也是目前汽車(chē)音響中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)。

和B類(lèi)放大一樣，AB類(lèi)放大也有兩個(gè)輸出放大器分別處理正波和負(fù)波，不同的是輸出放大器導(dǎo)通的時(shí)間大于B類(lèi)的半個(gè)周期，在音量小時(shí)用A類(lèi)的放大方式，音量大時(shí)使用B類(lèi)的放大方式，因此能夠有更佳的線性度，讓交越失真(Crossover Distortion)的程度小于B類(lèi)。

設(shè)計(jì)具有高效率和低失真的放大器的最佳方法就是AB類(lèi)放大器，它是B類(lèi)配置和A類(lèi)配置的結(jié)合，從而產(chǎn)生了AB類(lèi)放大器電路。因此該放大電路的輸出級(jí)結(jié)合了A類(lèi)和B類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)，也減少了失真和低效率的問(wèn)題。

AB類(lèi)放大器電路設(shè)計(jì)考慮了兩個(gè)晶體管T1和T2。晶體管T1為NPN型，晶體管T2為PNP型。兩個(gè)正向偏置二極管D1和D2串聯(lián)連接，以控制VBE(發(fā)射極-基極電壓)由于溫度變化引起的變化，如下面電路圖所示。電阻R1與D1串聯(lián)，電阻R2與D2串聯(lián)。

普通機(jī)10瓦的AB類(lèi)功放大約在5瓦以內(nèi)用A類(lèi)工作，由于聆聽(tīng)音樂(lè)時(shí)所需要的功率只有幾瓦，因此AB類(lèi)功放在大部分時(shí)間是用A類(lèi)功放工作模式，只在出現(xiàn)音樂(lè)瞬態(tài)強(qiáng)音時(shí)才轉(zhuǎn)為B類(lèi)。這種設(shè)計(jì)可以獲得優(yōu)良的音質(zhì)并提高效率減少熱量，是一種頗為合乎邏輯的設(shè)計(jì)。有些AB類(lèi)功放將偏流調(diào)得甚高，令其在更寬的功率范圍內(nèi)以A類(lèi)工作，使聲音接近純A類(lèi)機(jī)，但產(chǎn)生的熱量亦相對(duì)增加。

4、ClassC(丙類(lèi))功放

其實(shí)ClassC是工作在失真狀態(tài)的！丙類(lèi)早期是用于射頻功率放大的~因?yàn)檎{(diào)頻類(lèi)射頻輸出是可以使用的，通過(guò)調(diào)節(jié)頻率來(lái)載波，所有信號(hào)即使是失真，但是并不影響其頻率~但是近期有部分發(fā)燒友，因?yàn)樗母咝剩灿性谘芯堪阉鼞?yīng)用于音頻的方向。但是最近比較流行的D類(lèi)效率也很高，還有T類(lèi)功放。

C類(lèi)放大器用于射頻信號(hào)，且通常是功率放大器。它們只容許晶體管在輸入正弦波信號(hào)的不到180度內(nèi)導(dǎo)通，通常在90度到150度的范圍。它產(chǎn)生的失真極大，然而由于這種放大器的輸出級(jí)是由電感器和電容器構(gòu)成的LC調(diào)諧電路，它諧振在工作頻率上，因而可以消除失真。這類(lèi)放大器具有極高的效率。

在C類(lèi)放大器中，MOS管起著開(kāi)關(guān)的作用，由輸入信號(hào)來(lái)開(kāi)通和關(guān)斷，如圖所示，當(dāng)MOS管導(dǎo)通時(shí)，電容會(huì)充電到直流電源的電壓，與此同時(shí)，電流流過(guò)電感，在其周?chē)⒁粋€(gè)磁場(chǎng)。當(dāng)晶體管關(guān)斷時(shí)，電感和電容開(kāi)始交換能量，并在這個(gè)LC電路中建立起一個(gè)頻率為諧振頻率的振蕩。這就是所謂的儲(chǔ)能電路，于是儲(chǔ)存在儲(chǔ)能電路中的能量產(chǎn)生出一個(gè)放大的正弦波輸出。

換一種方式來(lái)看，晶體管開(kāi)關(guān)使輸入失真，產(chǎn)生的脈沖波形富含諧波，但儲(chǔ)能電路起到了帶通濾波器的作用，它只讓基波通過(guò)，而諧波被濾掉了。

5、ClassD(D類(lèi))功率放大器

D類(lèi)放大器與上述A，B或AB類(lèi)放大器不同，其工作原理基于開(kāi)關(guān)晶體管，可在極短的時(shí)間內(nèi)完全導(dǎo)通或完全截止。兩個(gè)晶體管不會(huì)在同一時(shí)刻導(dǎo)通，因此產(chǎn)生的熱量很少。這種類(lèi)型的放大器效率極高（90%左右），在理想情況下可達(dá)100%，而相比之下AB類(lèi)放大器僅能達(dá)到78.5%。不過(guò)另一方面，開(kāi)關(guān)工作模式也增加了輸出信號(hào)的失真。D類(lèi)放大器的電路共分為三級(jí)：輸入開(kāi)關(guān)級(jí)、功率放大級(jí)以及輸出濾波級(jí)。D類(lèi)放大器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下可以采用脈寬調(diào)制（PWM）模式。利用PWM能將音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)一個(gè)比較器將音頻信號(hào)與高頻三角波進(jìn)行比較，當(dāng)反相端電壓高于同相端電壓時(shí)，輸出為低電平；當(dāng)反相端電壓低于同相端電壓時(shí)，輸出為高電平。

D類(lèi)功放的運(yùn)作原理比較特別一些，使用從模擬波形訊號(hào)和開(kāi)關(guān)式電源快速導(dǎo)通和關(guān)閉的高頻三角波形進(jìn)行電壓的比較，透過(guò)兩個(gè)波形的交點(diǎn)，可以取得用寬窄表示的脈波訊號(hào)Pulse Width Modulation(PWM)，這屬于一種數(shù)字采樣。這個(gè)高振幅的輸出通過(guò)低通濾波器(LowPass Filter)進(jìn)行把三角波的高頻濾掉，變回能推動(dòng)喇叭單體的模擬訊號(hào)。

采樣三角波(紅色)和訊源波形(藍(lán)色)的交點(diǎn)，轉(zhuǎn)換成寬窄不一的矩形脈沖波信號(hào)。

D類(lèi)的優(yōu)點(diǎn)在于有非常高的效率(約90%)，高效率也意味著不會(huì)有過(guò)多的散熱需求，機(jī)身也能做的更輕巧。雖然早期的D類(lèi)聲音表現(xiàn)較差，但技術(shù)的進(jìn)步也讓他的音色越來(lái)越優(yōu)異。D類(lèi)功放常用于耳機(jī)擴(kuò)大器、地板型音箱頭等便攜型的產(chǎn)品。

D類(lèi)放大器是一種特殊的放大器，準(zhǔn)確的來(lái)說(shuō)它不是一種真正的線性放大器，它是由晶體管開(kāi)關(guān)組成的。如上圖所示，這種放大器對(duì)輸入的模擬信號(hào)進(jìn)行斬波，得到不同寬度的高頻脈沖，這個(gè)過(guò)程叫做PWM脈寬調(diào)制。

要放大的正弦波音頻信號(hào)同一個(gè)高頻三角波一起，被送到比較器的輸入端，當(dāng)三角波和正弦波值相等時(shí)，比較器的輸出就會(huì)發(fā)生切換，由此產(chǎn)生的PWM信號(hào)再被反饋到MOS管開(kāi)關(guān)，以使信號(hào)更大。然后，這個(gè)高振幅的輸出通過(guò)一個(gè)電容和電感構(gòu)成的低通濾波器進(jìn)行濾波，變回模擬信號(hào)。

大多數(shù)D類(lèi)放大器是音頻放大器，它們的負(fù)載是喇叭。在功率低于幾瓦的時(shí)候，所有電路都是做成集成電路的，而對(duì)于大功率的時(shí)候，MOS管較大，需要做成插件的形式。

此類(lèi)放大器的最大優(yōu)點(diǎn)在于，同樣的輸出功率下，它們更為高效。AB類(lèi)的效率可能只有百分之二十到三十，而D類(lèi)放大器可以超過(guò)百分之九十。這意味著此類(lèi)放大器體積較小，耗電更少，發(fā)熱較少。并且非常適合于便攜式設(shè)備，如手機(jī)和MP3等。

D 類(lèi)放大器是A、B、AB、C 和 D 段中功率效率最高的放大器類(lèi)別。它具有較小的散熱量，因此需要較小的散熱器。該電路需要各種開(kāi)關(guān)元件，例如具有低導(dǎo)通電阻的 MOSFET。

它是數(shù)字音頻播放器或控制電機(jī)中廣泛使用的拓?fù)?。但我們?yīng)該記住，它不是數(shù)字轉(zhuǎn)換器。盡管對(duì)于更高的頻率，D 類(lèi)放大器并不是一個(gè)完美的選擇，因?yàn)樗谏贁?shù)情況下具有帶寬限制，具體取決于低通濾波器和轉(zhuǎn)換器模塊的功能。

T類(lèi)功放

通過(guò)微機(jī)和I2C總線的控制，它實(shí)現(xiàn)對(duì)音量、音色、靈敏度、高音、低音、平衡音的自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)了智能化的“數(shù)字功率放大器”。

1、Tripath公司發(fā)明了一種稱(chēng)作數(shù)碼功率放大器處理器“Digital Power Processing （DPP）”的數(shù)字功率技術(shù)，它是T類(lèi)功率放大器的核心。它把通信技術(shù)中處理小信號(hào)的適應(yīng)算法及預(yù)測(cè)算法用到這里。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流經(jīng)過(guò)DPP數(shù)字處理后，用于控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉。從而使音質(zhì)達(dá)到高保真線性放大。

T類(lèi)功放電路板

2、T類(lèi)功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦。DDP的出現(xiàn)，把數(shù)字時(shí)代的功率放大器推到一個(gè)新的高度。在高保真方面，線性度與傳統(tǒng)AB類(lèi)功放相比有過(guò)之而無(wú)不及。

3、它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無(wú)用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上。

E類(lèi)、F類(lèi)、G類(lèi)、H類(lèi)

除了傳統(tǒng)功放，還有幾類(lèi)，分別是E類(lèi)、F類(lèi)、G類(lèi)、H類(lèi)。

E類(lèi)放大器是一種采用開(kāi)關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作在射頻的高效功率放大器。單極開(kāi)關(guān)元件和調(diào)諧電抗網(wǎng)絡(luò)是與 E 類(lèi)放大器一起使用的主要組件。

F類(lèi)是諧波方面的高阻抗放大器。它可以使用方波或正弦波驅(qū)動(dòng)。對(duì)于正弦波輸入，該放大器可以使用電感器進(jìn)行調(diào)諧，并可用于增加增益。

G 類(lèi)使用軌開(kāi)關(guān)來(lái)降低功耗并提高效率性能。而H類(lèi)是G類(lèi)的進(jìn)一步改進(jìn)版。