什么是功率放大器？

功率放大器是一種電子放大器，旨在增加給定輸入信號的功率幅度。輸入信號的功率增加到足以驅動揚聲器，耳機，RF發射器等輸出設備負載的電平。與電壓/電流放大器不同，功率放大器被設計為直接驅動負載并用作最終模塊在放大鏈中。

功率放大器的輸入信號必須高于某個閾值。因此，不是直接將原始音頻/ RF信號傳遞到功率放大器，而是先使用電流/電壓放大器對其進行預放大，并在進行必要的修改后將其作為輸入發送到功率放大器。您可以在下面觀察音頻放大器的框圖和功率放大器的用法。

在這種情況下，麥克風用作輸入源。來自麥克風的信號強度不足以用于功率放大器。因此，首先對其進行預放大，然后使其電壓和電流略微增加。然后，信號通過音調和音量控制電路，對音頻波形進行美學調整。最終，信號通過功率放大器，功率放大器的輸出被饋送到揚聲器。

功率放大器的類型

根據連接的輸出設備的類型，功率放大器分為以下三種類型：

• 音頻功率放大器
• 射頻功率放大器
• 直流功率放大器

音頻功率放大器

這種類型的功率放大器用于增加較弱音頻信號的功率大小。在電視，移動電話等的揚聲器驅動電路中使用的放大器屬于此類別。

音頻功率放大器的輸出范圍從幾毫瓦（如耳機放大器）到數千瓦（如Hi-Fi /家庭影院系統中的功率放大器）。

射頻功率放大器

無線傳輸要求調制波要通過空氣長距離發送。使用天線發送信號，并且發送范圍取決于饋送到天線的信號的功率大小。

對于諸如FM廣播之類的無線傳輸，天線需要輸入功率為數千千瓦的信號。在此，射頻功率放大器用于將調制波的功率幅度增加到足以達到所需傳輸距離的水平。

直流功率放大器

直流功率放大器用于放大PWM（脈沖寬度調制）信號的功率。它們用于需要大功率信號來驅動電動機或執行器的電子控制系統。它們從微控制器系統獲取輸入，增加其功率，并將放大后的信號饋送到直流電動機或執行器。

功率放大器類

有多種設計功率放大器電路的方法。每種電路配置的操作和輸出特性都互不相同。

為了區分不同功率放大器電路的特性和性能，使用了功率放大器類，其中分配了字母符號以標識操作方法。

它們大致分為兩類。設計用于放大模擬信號的功率放大器屬于A，B，AB或C類。設計用于放大脈寬調制（PWM）數字信號的功率放大器位于D，E，F等之下。

最常用的功率放大器是音頻放大器電路中使用的功率放大器，它們屬于A，B，AB或C類。因此，讓我們詳細了解一下它們。

甲類功率放大器

模擬波形由正高點和負低點組成。在此類放大器中，整個輸入波形都在放大過程中使用。

單個晶體管用于放大波形的正半部和負半部。這使它們的設計簡單，并使A類放大器成為最常用的功率放大器類型。盡管此類功率放大器已被更好的設計所取代，但它們仍在業余愛好者中很受歡迎。

在此類放大器中，即使沒有輸入信號，有源元件（用于放大的電子組件，在這種情況下為晶體管）也一直處于使用狀態。在正常配置的情況下，這會產生大量熱量并將A類放大器的效率降低到25％，在變壓器耦合配置的情況下，效率會降低到50％。

A類放大器的導通角（360度中用于放大的波形部分）為360°。因此，信號失真水平非常小，可以提供更好的高頻性能。

B類功率放大器

B類功率放大器旨在降低A類放大器中存在的效率和發熱問題。此類放大器使用兩個互補晶體管，而不是單個晶體管來放大整個波形。

一個晶體管放大波形的正一半，另一個晶體管放大波形的負一半。因此，每個有源器件導通波形的一半（180°），其中兩個導通時將放大整個信號。

由于采用了兩個晶體管設計，因此與A類放大器相比，B類放大器的效率有了很大提高。他們可以達到理論效率的75％左右。此類功率放大器用在電池供電的設備中，例如FM收音機和晶體管收音機。

由于波形的兩半重疊，因此在交叉區域存在很小的失真。為了減少這種信號失真，設計了AB類放大器。

AB類功率放大器

AB類放大器是A類和B類放大器的組合。此類放大器旨在減少A類放大器效率較低的問題以及B類放大器交叉區域的信號失真。

它可以像A類放大器一樣保持高頻響應，并像B類放大器一樣保持良好的效率。二極管和電阻器的組合用于提供很小的偏置電壓，從而減小了交叉區域附近的波形失真。因此，效率略有下降（60％）。

C類功率放大器

C類功率放大器的設計可實現更高的效率，但會降低線性度/傳導角（低于90°）。換句話說，為了提高效率而犧牲了放大的質量。

較小的導通角意味著更大的失真，因此此類放大器不適用于音頻放大。它們用于高頻振蕩器和射頻信號的放大。

C類放大器通常包含一個經過調諧的負載，該負載對特定頻率的輸入信號進行濾波和放大，而其他頻率的波形則被抑制。

在這種類型的功率放大器中，有源元件僅在輸入電壓高于某個閾值時才導通，從而降低了功耗并提高了效率。

其他功率放大器類

功率放大器D，E，F，G等用于放大PWM調制的數字信號。它們屬于開關功率放大器的類別，可將輸出不斷地打開或關閉，而其間沒有任何其他電平。

由于這種簡單性，屬于上述類別的功率放大器可以達到高達（90-100）％的理論效率。

應用領域

以下是功率放大器在不同領域的應用：

• 消費類電子產品：音頻功率放大器幾乎用在所有消費類電子設備中，從微波爐，耳機驅動器，電視，移動電話和家庭影院系統到劇院和音樂會增強系統。
• 工業：開關型功率放大器用于控制大多數工業執行器系統，例如伺服器和直流電動機。
• 無線通信：高功率放大器對于向用戶傳輸蜂窩或FM廣播信號非常重要。由于功率放大器，更高的功率水平成為可能，從而提高了數據傳輸速率和可用性。它們還用于衛星通信設備中。

結論

快速介紹功率放大器的概念。您了解了什么是功率放大器及其需求，不同類型和類別的功率放大器，以及幾種應用。