一文了解功率放大器的类别
在电子学中，放大器是最常用的电路器件，具有巨大的应用可能性。在音频相关的电子产品中，前置放大器和功率放大器是两种不同类型的放大器系统，用于与声音放大相关的目的。但是，除了这种特定于应用的目的之外，各种类型的放大器也存在巨大差异，主要是功率放大器。因此，在这里我们将探讨不同类别的放大器及其优缺点。
使用字母的放大器分类
放大器类别是放大器性能和特性的标识。不同类型的功率放大器在通过它们时会给出不同的响应。根据它们的规格，放大器被分配了不同的字母或字母来代表它们的类别。有不同类别的放大器，从A、B、C、AB、D、E、F、T等开始。在这些类别中，最常用的音频放大器类别是A、B、AB、C。其他类别是使用开关拓扑和PWM（脉冲宽度调制）的现代放大器技术来驱动输出负载。有时，传统类的改进版本被分配一个字母来将它们分类为不同的放大器类，例如G类放大器是B类或AB类放大器的改进放大器类。
放大器的等级代表电流通过放大器时的输入周期比例。输入周期是来自放大器输入中的正弦波传导的传导角。这个导通角与放大器在整个周期内的开启时间高度成正比。如果放大器在一个周期内始终处于开启状态，则导通角将为360度。因此，如果放大器提供360度导通角，则放大器使用完整的输入信号，并且有源元件在完整的正弦周期的100%时间段内传导。
下面，我们将展示传统的功率放大器类别，包括A、B、AB和C类，并展示广泛用于开关设计的D类放大器。这些类不仅用于功率放大器，还用于音频放大器电路。
A类放大器
A类放大器是具有高线性度的高增益放大器。对于A类放大器，导通角为360度。如上所述，360度导通角意味着放大器设备在整个时间内保持活动状态并使用完整的输入信号。下图显示了理想的A类放大器。
正如我们在图像中看到的，有一个有源元件，一个晶体管。晶体管的偏置始终保持开启。由于这种永不关闭的特性，A类放大器提供了更好的高频和反馈环路稳定性。除了这些优势之外，A类放大器还易于使用单个器件组件和最少的部件数来构建。
尽管具有优点和高线性度，但当然，它也有许多局限性。由于连续导电的性质，A类放大器会引入高功率损耗。此外，由于高线性度，A类放大器会产生失真和噪声。电源和偏置结构需要仔细选择元件，以避免不必要的噪声并将失真降至最低。
由于甲类放大器的功率损耗较大，因此会发热，需要较大的散热空间。A类放大器的效率非常差，理论上，如果与通常的配置一起使用，效率会在25%到30%之间变化。使用电感耦合配置可以提高效率，但这种情况下的效率不超过45-50%，因此仅适用于低信号或低功率电平的放大用途。
B类放大器
B类放大器与A类有点不同。它是使用两个有源器件创建的，它们传导实际周期的一半，即周期的180度。两个器件为负载提供组合电流驱动。
在上图中，显示了理想的B类放大器配置。它由两个有源器件组成，它们在正弦波的正负半周期内被一一偏置，因此信号从正负侧被推或拉到放大电平，并结合我们在输出端获得完整周期的结果.每个器件在半个周期内开启或激活，因此效率得到提高，与A类放大器25-30%的效率相比，它理论上提供了60%以上的效率。我们可以在下图中看到每个设备的输入和输出信号图。B类放大器的效率不超过78%。此类中的散热最小化，提供了低散热空间。
但是，这个类也有局限性。此类的一个非常深刻的限制是交叉失真。由于两个设备提供了正弦波的每一半，这些正弦波在输出端组合并连接，因此在组合两半的区域中存在失配（交叉）。这是因为当一台设备完成半个周期时，另一台需要在几乎同时完成工作的同时提供相同的功率。很难在A类放大器中修复此错误，因为在活动设备期间，另一个设备完全不活动。该误差使输出信号失真。由于这个限制，它是精密音频放大器应用的主要失败。
AB类放大器
克服交叉失真的另一种方法是使用AB放大器。AB类放大器使用A类和B类的中间导通角，因此我们可以在这种AB类放大器拓扑中看到A类和B类放大器的属性。与B类相同，它具有相同的配置，两个有源器件在半个周期内单独导通，但每个器件的偏置不同，因此它们在不可用时刻（交叉时刻）不会完全关闭。每个设备在完成半个正弦波形后不会立即离开导通，而是在另一个半周期进行少量输入。使用这种偏置技术，死区期间的交叉失配会大大减少。
但在这种配置中，效率会降低，因为器件的线性度会受到影响。效率仍然高于典型A类放大器的效率，但低于B类放大器系统。此外，需要仔细选择具有完全相同额定值的二极管，并且需要尽可能靠近输出设备放置。在某些电路结构中，设计人员倾向于添加小阻值电阻，以在器件上提供稳定的静态电流，从而最大限度地减少输出失真。
C类放大器
除了A、B和AB类放大器之外，还有另一个放大器C类。它是一种传统放大器，其工作方式与其他放大器类不同。C类放大器是调谐放大器，它以两种不同的工作模式工作，调谐或非调谐。C类放大器的效率远远超过A、B和AB。在射频相关操作中可实现最高80%的效率
C类放大器使用小于180度的导通角。在未调谐模式期间，放大器配置中省略了调谐器部分。在此操作中，C类放大器也会在输出端产生巨大的失真。
当电路暴露于调谐负载时，电路将输出偏置电平钳位为平均输出电压等于电源电压。调谐操作称为钳位。在此操作过程中，信号得到了适当的形状，中心频率的失真也减少了。
在典型应用中，C类放大器的效率为60-70%。
D类放大器
D类放大器是一种使用脉冲宽度调制或PWM的开关放大器。在直接输入信号随脉宽变化而变化的情况下，导通角不是一个因素。
在这个D类放大器系统中，不接受线性增益，因为它们的工作方式就像一个典型的开关，只有两个操作，ON或OFF。
在处理输入信号之前，模拟信号通过各种调制技术转换为脉冲流，然后应用到放大器系统中。由于脉冲持续时间与模拟信号有关，因此在输出端使用低通滤波器再次对其进行重构。
D类放大器是A、B、AB以及C和D段中功率效率最高的放大器类。它的散热量较�。虼诵枰闲〉纳⑷绕�。该电路需要各种开关元件，例如具有低导通电阻的MOSFET。
它是数字音频播放器或控制电机中广泛使用的拓扑。但我们应该记住，它不是数字转换器。虽然，对于更高的频率，D类放大器并不是一个完美的选择，因为它在少数情况下具有带宽限制，具体取决于低通滤波器和转换器模块的能力。
其他放大器类
除了传统放大器之外，还有几个类别，分别是E类、F类、G类和H类。
E类放大器是一种高效的功率放大器，它使用开关拓扑并工作在射频中。单极开关元件和调谐电抗网络是与E类放大器一起使用的主要组件。
F类是谐波方面的高阻抗放大器。它可以使用方波或正弦波驱动。对于正弦波输入，该放大器可以使用电感器进行调谐，并可用于增加增益。
图：ATA-4315高压功率放大器指标参数
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