盡管有人認為"一切都是數(shù)字化的",模擬信號的放大器在實際電路和系統(tǒng)中一直是而且繼續(xù)是重要的和不可避免的功能。然而,放大器必須從音頻到射頻產(chǎn)生重要的輸出功率,面臨著性能和效率的挑戰(zhàn)。該行業(yè)對放大器的類別有一些早已確立的名稱,這些類別在關鍵參數(shù)之間提供了權(quán)衡;作為一些相對較新的類別。第1部分討論了較老但仍廣泛使用的類,通常稱為A、B、AB、C和D。
A類放大器 提供非常高的線性和低失真。在這里,活性元件(原來的真空管,現(xiàn)在幾乎總是晶體管)是偏置的,所以它們的靜止操作點在其導電區(qū)的線性部分, 圖1 .輸入信號在這一點上引起小到中的偏移,從而保持輸入/輸出傳遞函數(shù)的線性性。無論輸入的大小或極性如何,有源放大器元件總是開著的,永遠不會被切斷,因為A類放大器具有360倍的傳導角,這意味著它在輸入正弦波的整個周期中一直在工作。
圖1:在A類放大器的排列中,放大器在其線性范圍的中間偏置,通過正弦波的360對正弦波的傳導,結(jié)果產(chǎn)生非常低的變形,但效率也很低。
雖然一個經(jīng)過適當設計的A類放大器具有優(yōu)異的性能,并且多年來一直被用作主要的音頻放大器拓撲結(jié)構(gòu),但它有一個主要的缺點,因為它本身非常低效(大約為20%至30%)。因為它總是在活動區(qū)域,所以即使沒有或只是一個小的輸入信號,也會耗散功率。主要出于這個原因,設計了A類的替代品。
B類放大器 使用一對互補放大器元件(例如PNP/NPN晶體管或N-/P通道MOSFT)的"推-拉"安排,每一個在截止時偏置每個放大器180度(半周期)的傳導角, 圖2 .當雙極、零中心輸入信號為正時,一個放大器從截止區(qū)出來,進入其活動區(qū),進行和放大;當信號為負時,另一個放大器也是這樣做,而第一個放大器是截止,從而消散近零功率。
圖2:B類使用一對互補設備,這些設備在截止時有偏頗,具有180倍的導電性;這大大提高了效率。
B類放大器的效率在30-40%的范圍內(nèi),這比A類好得多,盡管在許多應用中仍然高得令人無法接受。此外,它還受到交叉扭曲的影響,產(chǎn)生諧波,這是因為當一個活動元件打開而另一個關閉時,會出現(xiàn)輕微的延遲或中斷(反之亦然);扭曲通常在10%至20%之間。這在某些情況下可能是可以接受的,但在質(zhì)量更高的音頻設計中是不行的。
類AB放大器 是A類和B類的混合,并努力在效率和性能上提供折衷。在此拓撲結(jié)構(gòu)中,每一對互補的活動元素都略微偏向于該活動區(qū)域,因此在兩個元素之間的交點/交點有一些重疊, 圖3 .這將減少扭曲到一個低水平--典型的1%,甚至下降到0.1%--在功率耗散輕微增加。傳導角略大于180度,與隨之而來的變形有一個折衷,即增加傳導角,相關的耗散產(chǎn)生較低的變形。在開發(fā)先進的數(shù)字驅(qū)動音頻放大器之前,AB類是最常用的音頻放大器方法。
圖3:AB類通過將設備稍微偏向截止區(qū)域,加上&t;180度的傳導,克服了B類的交叉扭曲;這種方法有一個效率限制。
類C放大器 提供了最高的效率,但有不良的失真特性,并產(chǎn)生許多不希望的諧波。在C類中,放大器的傳導角遠小于180度,而且它是偏置的,因此它只打開大信號偏移。輸出電流,因此耗散是零的超過一半的輸入信號, 圖4 .
圖4C類放大器。
C類放大器的效率可能相當高,高達70-80%,但是由于失真也很高(10-30%),C類方法不能用于音頻。然而,它是用于高功率射頻發(fā)射機,在那里耗散必須保持在可接受的低水平。為了使C類放大器可用,通過使用諧振輸出電路作為低通濾波器來去除不需要的射頻諧波。
D級放大器 (有時被稱為數(shù)字放大器,盡管這是誤導性的)是一種有點違背直覺但非常有效的拓撲結(jié)構(gòu)。它的功能是非線性的開關放大器,而不是其他類的線性或準線性方法?；顒釉词峭耆蜷_的,要么是完全關閉的,脈沖寬度由輸入信號調(diào)制, 圖5 .輸出波形的開關頻率遠遠高于需要放大的最高音頻信號。
Figure 5.
由于這種完全上/下的行動,效率可以接近100%。開關打開/關閉輸出是低通濾波恢復所需的模擬波形約0.1%至1%的扭曲。D類是目前PC音頻卡、移動設備和汽車音頻系統(tǒng)的主要音頻放大器方法,因為它具有良好的性能、效率和小型的結(jié)合。
下一章我們將研究G類、H類和其他類的放大器。
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