詳細(xì)說明功率放大器有哪些類型

在前面的文章中，金譽(yù)半導(dǎo)體有講過，功率放大器（簡(jiǎn)稱：功放）（Power Amplifier）“功率放大器”，顧名思義，是將“功率”放大的放大器。進(jìn)入微弱的信號(hào)，如話筒、VCD、微波等等送到前置放大電路，放大成足以推動(dòng)功率放大器信號(hào)幅度，最后后級(jí)功率放大電路推動(dòng)喇叭或其它設(shè)備，它最大的功用，是當(dāng)成”輸出級(jí)”（Output Stage）使用。從另一個(gè)角度來看，它是在做大信號(hào)的電流放大，以達(dá)到功率放大的目的。從廣義上來說功率放大器不局限于音頻放大，很多場(chǎng)合都會(huì)用到它，如射頻、微波、激光等等。

　　一、純甲類功率放大器

　　純甲類功率放大器又稱為A類功率放大器（Class A），它是一種完全的線性放大形式的放大器。在純甲類功率放大器工作時(shí)，晶體管的正負(fù)通道不論有或沒有信號(hào)都處于常開狀態(tài)，這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類功率放大器在汽車音響的應(yīng)用中比較少見，像意大利的Sinfoni高品質(zhì)系列才有這類功率放大器。這是因?yàn)榧兗最惞β史糯笃鞯男史浅５?，通常只?0-30%，音響發(fā)燒友們對(duì)它的聲音表現(xiàn)津津樂道。

　　二、乙類功率放大器

　　乙類功率放大器，也稱為B類功率放大器（Class B），它也被稱為線性放大器，但是它的工作原理與純甲類功率放大器完全不同。B類功放在工作時(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，在正相的信號(hào)過來時(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，因此在沒有信號(hào)的部分，完全沒有功率損失。但是在正負(fù)通道開啟關(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)早期許多的汽車音響功放都是B類功放，因?yàn)樗男时容^高。

　　三、甲乙類功率放大器

　　甲乙類功率放大器也稱為AB類功率放大器（Class AB），它是兼容A類與B類功放的優(yōu)勢(shì)的一種設(shè)計(jì)。當(dāng)沒有信號(hào)或信號(hào)非常小時(shí)，晶體管的正負(fù)通道都常開，這時(shí)功率有所損耗，但沒有A類功放嚴(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類和B類功放，AB類功放也是目前汽車音響中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)。

　　四、D類功率放大器

　　D類放大器與上述A，B或AB類放大器不同，其工作原理基于開關(guān)晶體管，可在極短的時(shí)間內(nèi)完全導(dǎo)通或完全截止。兩只晶體管不會(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類放大器僅能達(dá)到78.5%。不過另一方面，開關(guān)工作模式也增加了輸出信號(hào)的失真。D類放大器的電路共分為三級(jí)：輸入開關(guān)級(jí)、功率放大級(jí)以及輸出濾波級(jí)。D類放大器工作在開關(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)換為高頻開關(guān)信號(hào)，通過一個(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。

　　在D類放大器中，比較器的輸出與功率放大電路相連，功放電路采用金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管（MOSFET）替代雙極型晶體管（BJT），這是由于前者具有更快的響應(yīng)時(shí)間，因而適用于高頻工作模式。D類放大器需要兩只MOSFET，它們?cè)诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)可完全工作在導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)下。當(dāng)一只MOSFET完全導(dǎo)通時(shí)，其管壓降很低;而當(dāng)MOSFET完全截止時(shí)，通過管子的電流為零。兩只MOSFET交替工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的開關(guān)速度非?？?，因而效率極高，產(chǎn)生的熱量很低，所以D類放大器不需要很大的散熱器。

　　D類功放還有其它許多的稱法，如T類等，它們都是D類功放的一種變形。在實(shí)際應(yīng)用中，直到1980以后，由于MOSFET的出現(xiàn)，這種開關(guān)式功放才得以迅速發(fā)展。在實(shí)際的發(fā)展過程中，雖然有高效率，但同時(shí)也有高失真，高噪聲以及較差的阻尼因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，這類缺陷將越來越少，估計(jì)未來D類功放在汽車音響領(lǐng)域中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

　　五、T類放大器

　　T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開關(guān)狀態(tài)，效率和D類功率放大器相當(dāng)。但它和普通D類功率放大器不同的是：首先，它不是使用脈沖調(diào)寬的方法，Tripath公司發(fā)明了一種稱作數(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。

　　其次，它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無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。使聲音的細(xì)節(jié)在整個(gè)頻帶上都清晰可“聞”。此外，T類功率放大器的動(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類功放相比有過之而無不及。