放大器根據其結構和工作特性分為類別

并非所有放大器都相同，并且在輸出級的配置和操作方式之間有明顯的區別。理想放大器的主要工作特性是線性度，信號增益，效率和功率輸出，但在現實世界的放大器中，這些不同的特性之間總是存在折衷。

通常，使用大信號或功率放大器在音頻放大器系統的輸出級中驅動揚聲器負載。典型的揚聲器阻抗介于4Ω和8Ω之間，因此功率放大器必須能夠提供驅動低阻抗揚聲器所需的高峰值電流。

用于區分不同電氣特性的一種方法類型的放大器是“類”的，并且這樣的放大器根據它們的電路配置和操作方法分類。然后放大器類是用于區分不同放大器類型的術語。

放大器類表示在放大器內變化的輸出信號量當被正弦輸入信號激勵時，電路在一個操作周期內。放大器的分類范圍從完全線性操作（用于高保真信號放大）到非常低效率，到完全非線性（忠實信號再現不那么重要）操作但效率更高，而其他是兩者之間的妥協。

放大器類主要集中在兩個基本組中。第一種是經典控制的導通角放大器，形成更常見的 A，B，AB 和 C 放大器類別，它們的導通狀態長度超過某些輸出波形的一部分，使得輸出級晶體管操作位于“完全開”和“完全關”之間。

第二組放大器是較新的所謂“開關”放大器類別 D，E，F，G，S，T 等，它們使用數字電路和脈沖寬度調制（PWM）在“完全開啟”和“完全關閉”之間不斷切換信號“將輸出硬盤驅動到晶體管飽和區和截止區。

最常用的放大器類是用作音頻放大器的類，主要是 A，B，AB 和 C 并且為了簡單起見，我們將在這里更詳細地討論這些類型的放大器類。

A類放大器

A類放大器是最常見的放大器拓撲類型，因為它們在其放大器設計中僅使用一個輸出開關晶體管（雙極，FET，IGBT等）。該單輸出晶體管在其負載線中間的Q點周圍偏置，因此不會被驅動到其截止或飽和區域，從而允許其在輸入周期的整個360度內傳導電流。然后，A類拓撲結構的輸出晶體管永遠不會“關閉”，這是其主要缺點之一。

“A”類放大器被認為是最佳的放大器設計，主要是因為它們具有出色的線性度，正確設計時的高增益和低信號失真水平。雖然由于考慮了熱功率因素，很少用于高功率放大器應用，但A類放大器可能是這里提到的所有放大器類別的最佳聲音，因此用于高保真音頻放大器設計。

A類放大器

為了實現高線性度和增益，A類放大器的輸出級始終偏置為“導通”（導通）。然后，對于被歸類為“A類”的放大器，輸出級中的零信號空閑電流必須等于或大于產生最大輸出信號所需的最大負載電流（通常是揚聲器）。

作為A類放大器工作在其特性曲線的線性部分，單輸出器件通過整個360度的輸出波形。然后A類放大器相當于電流源。

由于A類放大器工作在線性區域，晶體管基極（或柵極）直流偏置電壓應適當選擇，以確保正確操作和低失真。但是，由于輸出設備始終處于“接通”狀態，因此它始終承載電流，這表示放大器中的電源持續斷電。

由于這種連續的功率損耗，A類放大器產生了巨大的影響。熱量增加到非常低的效率，約為30％，這使得它們對于高功率放大是不切實際的。此外，由于放大器的高空載電流，電源必須相應地調整大小并進行過濾，以避免任何放大器嗡嗡聲和噪聲。因此，由于A類放大器的低效率和過熱問題，已經開發出更高效的放大器類別。

B類放大器

B類放大器被發明為解決與之前的A類放大器相關的效率和加熱問題。基本的B類放大器使用兩個互補的晶體管，每個波形的一半為雙極FET，其輸出級配置為“推挽”型排列，因此每個晶體管器件只放大輸出波形的一半。

在B類放大器中，沒有直流基極偏置電流，因為其靜態電流為零，因此直流功率很小，因此其效率遠高于A類放大器。然而，為提高效率而付出的代價是開關器件的線性度。

B類放大器

當輸入信號變為正時，正偏置晶體管導通，而負晶體管切換為“OFF”。同樣，當輸入信號變為負時，正晶體管切換為“OFF”，而負偏置晶體管變為“ON”并傳導信號的負部分。因此，晶體管僅在輸入信號的正半周期或負半周期導通一半時間。

然后我們可以看到B類放大器的每個晶體管器件僅導通一半或180度在嚴格的時間交替中輸出波形，但由于輸出級具有兩半信號波形的設備，因此將兩半組合在一起以產生完整的線性輸出波形。

這種推拉式設計放大器顯然比A類更有效，約為50％，但B類放大器設計的問題是，由于輸入基極電壓的晶體管死區，它可能在波形的過零點產生失真 - 0.7V至+0.7。

我們從晶體管教程中記得，它需要一個大約0.7伏的基極 - 發射極電壓才能使雙極晶體管開始導通。然后在B類放大器中，輸出晶體管不會“偏置”到“ON”操作狀態，直到超過該電壓。

這意味著波形的一部分落在這個0.7伏的窗口內將無法準確再現，因為B類放大器不適合精密音頻放大器應用。

克服這種過零失真（也稱為交叉失真）開發了AB類放大器。

AB類放大器

顧名思義，AB類放大器是我們在上面看過的“A類”和“B類”放大器。放大器的AB分類是目前最常用的音頻功率放大器設計類型之一。 AB類放大器是如上所述的B類放大器的變體，除了允許兩個器件在波形交叉點附近同時導通，消除了前一類B類放大器的交叉失真問題。

這兩個晶體管具有非常小的偏置電壓，通常為靜態電流的5到10％，以使晶體管偏置在其截止點之上。然后導電器件（FET的雙極）將“導通”超過一個半周期，但遠小于輸入信號的一個完整周期。因此，在AB類放大器設計中，每個推挽晶體管的導通時間略長于B類中的半導通周期，但遠低于A類導通的完整周期。

換句話說，AB類放大器的導通角介于180 o 和360 o 之間，具體取決于所選擇的偏置點。

AB類放大器

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由串聯二極管或電阻器提供的這種小偏壓的優點在于克服了B類放大器特性產生的交叉失真，而沒有A類放大器設計的低效率。因此AB類放大器在效率和線性度方面是A類和B類之間的良好折衷，轉換效率達到約50％至60％。

C類放大器

C類放大器設計具有最高的效率，但這里提到的放大器類別的線性度最差。以前的類 A，B 和 AB 被認為是線性放大器，因為輸出信號的幅度和相位與輸入信號的幅度和相位線性相關。

然而，C類放大器嚴重偏置，因此輸出電流為零，超過輸入正弦信號周期的一半，晶體管在其截止點空轉。換句話說，晶體管的導通角明顯小于180度，通常在90度左右。

雖然這種形式的晶體管偏置使效率大大提高了80％左右。放大器，它引入了非常嚴重的輸出信號失真。因此，C類放大器不適合用作音頻放大器。

C類放大器

由于其嚴重的音頻失真，C類放大器常用于高頻正弦波振蕩器和某些類型的射頻放大器，其中放大器輸出端產生的電流脈沖可以轉換通過在其集電極電路中使用LC諧振電路來完成特定頻率的正弦波。

放大器類摘要

然后我們看到了靜態直流工作點（ Q點）放大器決定放大器分類。通過在放大器特性曲線的負載線上設置 Q點的位置，放大器將作為A類放大器工作。通過將 Q點向下移動，負載線將放大器更改為 AB，B 或 C 類放大器。

然后放大器的直流工作點操作類別如下：

放大器類和效率

除音頻放大器外，還有許多與開關放大器設計相關的高效率放大器類，它們使用不同的開關技術來降低功率損耗并提高效率。下面列出的一些放大器類設計使用RLC諧振器或多個電源電壓來降低功率損耗，或者是使用脈沖寬度調制（PWM）開關技術的數字DSP（數字信號處理）型放大器。

其他通用放大器類

D類放大器 - D類音頻放大器基本上是非線性開關放大器或PWM放大器。 D類放大器理論上可以達到100％的效率，因為在一個周期內沒有周期電壓和電流波形重疊，因為電流僅通過晶體管導通。

F類放大器-F類放大器通過在輸出網絡中使用諧波諧振器將輸出波形整形為方波，從而提高效率和輸出。如果使用無限諧波調諧，F類放大器的效率可高達90％以上。

G類放大器 - G類增強了基本的AB類放大器設計。 G類使用多種不同電壓的電源軌，并隨著輸入信號的變化自動在這些電源軌之間切換。這種恒定的切換降低了平均功耗，從而降低了浪費熱量造成的功率損耗。

I類放大器 - I類放大器具有兩組互補輸出開關器件，以并聯推挽式配置排列，兩組開關器件對相同的輸入波形進行采樣。一個器件切換波形的正半部分，而另一個器件切換負半部分類似于B類放大器。在沒有施加輸入信號的情況下，或者當信號到達過零點時，開關器件同時接通和斷開，同時50％PWM占空比抵消任何高頻信號。

產生在輸出信號的正半部分，正開關器件的輸出在占空比中增加，而負開關器件減小相同，反之亦然。兩個開關信號電流據說在輸出端交錯，給出了I類放大器的名稱：“交錯式PWM放大器”，開關頻率超過250kHz。

S類放大器 - S類功率放大器是一種非線性開關模式放大器，與D類放大器類似。 S類放大器通過Δ-Σ調制器將模擬輸入信號轉換為數字方波脈沖，并在最終通過帶通濾波器解調之前將它們放大以增加輸出功率。由于該開關放大器的數字信號始終處于完全“開”或“關”狀態（理論上為零功耗），因此效率可達到100％。

T類放大器 - T類放大器是另一種數字開關放大器設計。由于存在數字信號處理（DSP）芯片和多聲道環繞聲放大器，T類放大器現在開始變得更受歡迎，因為它將模擬信號轉換為數字脈沖寬度調制（PWM）信號。放大增加放大器效率。 T類放大器設計結合了AB類放大器的低失真信號電平和D類放大器的功率效率。

我們在這里看到了許多放大器的分類從線性功率放大器到非線性開關放大器，我們已經看到放大器類別與放大器負載線的不同之處。 AB，B 和 C 類放大器可以根據導通角定義，θ如下：

放大器類別傳導角度