來源：羅姆半導體社區

放大器根據其結構和工作特性分為幾類。并非所有的放大器都相同，并且它們的輸出級的配置和操作方式也有明顯的區別。理想放大器的主要工作特性是線性，信號增益，效率和功率輸出，但在現實世界中，放大器始終在這些不同特性之間進行權衡。

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

一種用于區分不同類型放大器的電氣特性的方法是“分類”，因此，根據放大器的電路配置和操作方法對其進行分類。然后，放大器類是用于區分不同放大器類型的術語。

放大器類表示當被正弦輸入信號激勵時，在一個操作周期內，放大器電路內輸出信號的量變化。放大器的分類范圍從效率非常低的完全線性操作（用于高保真信號放大）到完全非線性（其中忠實的信號再現不是很重要）的操作，但效率更高。是兩者之間的折衷。

放大器類主要分為兩個基本組。第一個是經典控制的導通角放大器，形成更常見的A，B，AB和C類放大器，它們由它們在輸出波形的某些部分上的導通狀態的長度來定義，因此輸出級晶體管的工作原理在于在“完全開啟”和“完全關閉”之間的某個位置。

第二組放大器是D，E，F，G，S，T等較新的所謂“開關”放大器類，它們使用數字電路和脈沖寬度調制（PWM）來不斷地在“完全- “開”和“全關”將輸出硬驅動到晶體管的飽和和截止區域。

最常見的放大器類別是用作音頻放大器的類別，主要是A，B，AB和C類，為了使事情簡單起見，我們將在這里詳細介紹這些類型的放大器。

A類放大器

A類放大器是放大器拓撲中最常見的類型，因為它們在放大器設計中僅使用一個輸出開關晶體管（雙極，FET，IGBT等）。該單個輸出晶體管在其負載線的中間偏置在Q點附近，因此永遠不會被驅動到其截止或飽和區域，從而使其在整個輸入周期的360度內傳導電流。然后，A類拓撲的輸出晶體管永遠不會“關斷”，這是其主要缺點之一。

“ A”類放大器被認為是放大器設計的最佳類別，這主要是因為正確設計后，它們具有出色的線性度，高增益和低信號失真水平。盡管出于對熱電源的考慮，很少在高功率放大器應用中使用它，但A類放大器可能是這里提到的所有放大器類中音色最好的，因此也用于高保真音頻放大器設計中。

A類放大器

為了實現高線性度和增益，A類放大器的輸出級一直都偏置為“ ON”（導通）。然后，將放大器分類為“ A類”，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）。

當A類放大器在其特性曲線的線性部分中工作時，單個輸出設備將在整個360度輸出波形中傳導。那么，A類放大器相當于一個電流源。

由于A類放大器在線性區域內工作，因此應適當選擇晶體管的基極（或柵極）直流偏置電壓，以確保正確的工作和低失真。但是，由于輸出設備始終處于“ ON”狀態，因此它會持續承載電流，這表示放大器中的功率不斷損耗。

由于功率A類放大器的這種持續損耗，放大器產生了大量的熱量，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，必須相應地調整電源的大小，并進行良好的濾波，以避免放大器產生任何嗡嗡聲和噪聲。因此，由于A類放大器的低效率和過熱問題，已經開發了更有效的放大器類。

B類放大器

發明B類放大器是為了解決與以前的A類放大器相關的效率和發熱問題。基本的B類放大器使用兩個互補的晶體管，即FET的雙極型，用于波形的每一半，其輸出級配置為“推挽”型，因此每個晶體管器件僅放大輸出波形的一半。

在B類放大器中，由于其靜態電流為零，因此沒有DC基極偏置電流，因此dc功率很小，因此其效率遠遠高于A類放大器。但是，為了提高效率而付出的代價是開關裝置的線性度。

B類放大器

當輸入信號為正時，正偏置晶體管導通，而負晶體管切換為“關”。同樣，當輸入信號變為負時，正晶體管切換為“關”，而負偏置晶體管則切換為“導通”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在嚴格的時間交替中僅導通輸出波形的一半或180度，但是由于輸出級具有用于信號波形的兩半的器件，因此將這兩個半部分組合在一起產生全線性輸出波形。

放大器的這種推挽式設計顯然比A類更有效，約為50％，但是B類放大器設計的問題在于，由于晶體管死區，它會在波形的零交叉點產生失真。 -0.7V至+0.7的輸入基本電壓。

我們從晶體管教程中還記得，要使雙極晶體管開始導通，需要大約0.7伏的基極-發射極電壓。然后，在B類放大器中，直到超過該電壓，輸出晶體管才不會“偏置”到工作的“導通”狀態。

這意味著落在此0.7伏窗口內的波形部分將無法精確再現，從而使B類放大器不適用于精密音頻放大器應用。

為了克服這種過零失真（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類放大器是我們上面已經看過的“ A類”和“ B類” 放大器的組合。放大器的AB分類目前是音頻功率放大器設計中最常用的類型之一。AB類放大器是上述B類放大器的一種變形，不同之處在于，兩個設備都可以在波形交叉點附近同時導通，從而消除了先前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％，以將晶體管偏置到剛好高于其截止點的水平。然后，導通器件（即FET的雙極性）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大于B類的半導通周期，但遠小于A類的整個導通周期。

換句話說，一個AB類放大器的導通角是180之間某處?和360 ?取決于所選擇的偏置點。

AB類放大器

由串聯二極管或電阻器提供的這種小的偏置電壓的優勢在于，可以克服由B類放大器特性產生的交叉失真，而不會降低A類放大器設計的效率。因此，就效率和線性而言，AB類放大器是A類和B類之間的一個很好的折衷，轉換效率達到了大約50％至60％。

C類放大器

在C類放大器設計具有最大的效率，但這里所說放大器的類別中最貧窮的線性度。先前的A，B和AB類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。

但是，C類放大器受到嚴重偏置，因此，在一個輸入正弦信號周期的一半以上的時間內，輸出電流為零，而該晶體管在其截止點處于空閑狀態。換句話說，晶體管的導通角明顯小于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％，但它會給輸出信號帶來非常嚴重的失真。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類放大器通常用于高頻正弦波振蕩器和某些類型的射頻放大器中，在這些放大器中，放大器輸出端產生的電流脈沖可以通過交流電轉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。

放大器類摘要

然后我們可以看到，放大器的靜態直流工作點（Q點）決定了放大器的分類。通過將Q點的位置設置在放大器特性曲線的負載線的一半處，該放大器將用作A類放大器。通過將Q點向下移動，負載線將放大器變為AB，B或C類放大器。

然后，就其直流工作點而言，放大器的工作類別為：

放大器類別和效率

除音頻放大器外，還有許多與開關放大器設計有關的高效率放大器類，它們使用不同的開關技術來減少功率損耗并提高效率。下面列出的某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，因為在周期中沒有周期，因為電流僅通過導通的晶體管汲取，電壓和電流波形重疊。

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來提高效率和輸出。如果使用無限次諧波調諧，則F類放大器的效率可以達到90％以上。

G類放大器– G類對基本的AB類放大器設計進行了增強。G類使用多個不同電壓的電源軌，并在輸入信號變化時自動在這些電源軌之間切換。這種恒定的開關減少了平均功耗，從而減少了由于浪費熱量而導致的功率損耗。

I類放大器– I類放大器具有兩組互補輸出開關器件，它們以并行推挽配置排列，兩組開關器件均采樣相同的輸入波形。一臺設備切換波形的正半部分，而另一臺設備切換類似于B類放大器的負半部分。在沒有施加輸入信號的情況下，或者當信號到達零交叉點時，開關設備同時以50％PWM占空比導通和關斷，以抵消任何高頻信號。

為了產生輸出信號的正一半，正開關器件的輸出占空比增加，而負開關器件減小占空比，反之亦然。據說這兩個開關信號電流在輸出處是交錯的，因此，I類放大器的名稱為：“交錯的PWM放大器”，其開關頻率超過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，其操作類似于D類放大器。S類放大器通過delta-sigma調制器將模擬輸入信號轉換為數字方波脈沖，并在最終被帶通濾波器解調之前將其放大以增加輸出功率。由于此開關放大器的數字信號始終完全為“ ON”或“ OFF”（理論上為零功耗），因此有可能達到100％的效率。

T類放大器– T類放大器是另一種數字開關放大器設計。如今，由于存在數字信號處理（DSP）芯片和多聲道環繞聲放大器，T類放大器作為音頻放大器設計正變得越來越流行，因為它可以將模擬信號轉換為數字脈沖寬度調制（PWM）信號，放大可提高放大器效率。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。

我們在這里已經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，并且已經看到了放大器類別沿放大器負載線的不同。類AB，B和C ^放大器可以在導通角來定義，θ如下：

放大器按導通角分類

審核編輯黃昊宇