电路的功能用于音响设备的放大器在进行试验时需要低失真率信号源。近来，用于音响电路的低失真率OP放大器的...
功率放大器的分类与电路组成
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2023年09月22日 09:56 228
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简介：甲类工作状态：整个工作周期内晶体管的集电极电流始终是流通的，放大器的效率最低，带来的是非线性失真度比较小。一般用于对失真比较敏感的场合，比如HI-FI音响。
功率放大器的分类
甲类工作状态：整个工作周期内晶体管的集电极电流始终是流通的，放大器的效率最低，带来的是非线性失真度比较小。一般用于对失真比较敏感的场合，比如HI-FI音响。
乙类工作状态：半个周期工作另半个周期截止，乙类工作状态也称为B类工作状态。两只互补的晶体管推挽工作，效率比甲类功放高，但存在交越失真的问题，一般功率放大器采用这种形式。
甲乙类工作状态：它是介于甲类和乙类之间的工作状态，即晶体管工作周期大于一半，这种功放的特性介于甲类和乙类。
丙类工作状态：这种状态下，晶体管工作的时间小于半个周期，丙类工作状态又称为C类工作状态，丙类功放一般用于高频的谐振功放。
丁类工作状态：把声音信号调制为PWM形式，晶体管工作在开关状态，输出端通过LC滤波器恢复信号波形。效率高，高频特性差，用于小型化电池供电以及要求高效率的场合。
根据工作状态的不同，功率放大器分类如下：
传统线性功率放大器的工作频率很高，但相对频带较窄，射频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。射频功率放大器可以按照电流导通角的不同，分为甲 （A）、乙（B）、丙（C）三类工作状态。甲类放大器电流的导通角为360°，适用于小信号低功率放大，乙类放大器电流的导通角等于180°，丙类放大器电流的导通角则小于180°。乙类和丙类都适用于大功率工作状态，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。射频功率放大器大多工作于丙类，但丙类放大器的电流波形失真太大，只能用于采用调谐回路作为负载谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然接近于正弦波形，失真很小。
开关型功率放大器（Switching Mode PA，SMPA），使电子器件工作于开关状态，常见的有丁（D）类放大器和戊（E）类放大器，丁类放大器的效率高于丙类放大器。SMPA将有源晶体管驱动为开关模式，晶体管的工作状态要么是开，要么是关，其电压和电流的时域波形不存在交叠现象，所以是直流功耗为零，理想的效率能达到100%。
传统线性功率放大器具有较高的增益和线性度但效率低，而开关型功率放大器具有很高的效率和高输出功率，但线性度差。具体见下表：
电路组成
放大器有不同类型，简化之，放大器的电路可以由以下几个部分组成：晶体管、偏置及稳定电路、输入输出匹配电路。
1、晶体管
晶体管有很多种，包括当前还有多种结构的晶体管被发明出来。本质上，晶体管的工作都是表现为一个受控的电流源或电压源，其工作机制是将不含内容的直流的能量转化为“有用的”输出。直流能量乃是从外界获得，晶体管加以消耗，并转化成有用的成分。不同的晶体管不同的“能力”，比如其承受功率的能力有区别，这也是因为其能获取的直流能量的能力不同所致；比如其反应速度不同，这决定它能工作在多宽多高的频带上；比如其面向输入、输出端的阻抗不同，及对外的反应能力不同，这决定了给它匹配的难易程度。
2、偏置电路及稳定电路
偏置和稳定电路是两种不同的电路，但因为他们往往很难区分，且设计目标趋同，所以可以放在一起讨论。
晶体管的工作需要在一定的偏置条件下，我们称之为静态工作点。这是晶体管立足的根本，是它自身的“定位”。每个晶体管都给自己进行了一定的定位，其定位不同将决定了它自身的工作模式，在不同的定位上也存在着不同的性能表现。有些定位点上起伏较小，适合于小信号工作；有些定位点上起伏较大，适合于大功率输出；有些定位点上索取较少，释放纯粹，适合于低噪声工作；有些定位点，晶体管总是在饱和和截至之间徘徊，处于开关状态。一个恰当的偏置点，是正常工作的础。在设计宽带功率放大器时，或工作频率较高时，偏置电路对电路性能影响较大，此时应把偏置电路作为匹配电路的一部分考虑。
偏置网络有两大类型，无源网络和有源网络。无源网络（即自偏置网络）通常由电阻网络组成，为晶体管提供合适的工作电压和电流。它的主要缺陷是对晶体管的参数变化十分敏感，并且温度稳定性较差。有源偏置网络能改善静态工作点的稳定性，还能提高良好的温度稳定性，但它也存在一些问题，如增加了电路尺寸、增加了电路排版的难度以及增加了功率消耗。 稳定电路一定要在匹配电路之前，因为晶体管需要将稳定电路作为自身的一部分存在，再与外界接触。在外界看来，加上稳定电路的晶体管，是一个“全新的”晶体管。它做出一定的“牺牲”，获得了稳定性。稳定电路的机制能够保证晶体管顺利而稳定的运转。
3、输入输出匹配电路
匹配电路的目的是在选择一种接受的方式。对于那些想提供更大增益的晶体管来说，其途径是全盘的接受和输出。这意味着通过匹配电路这一个接口，不同的晶体管之间沟通更加顺畅，对于不同种的放大器类型来说，匹配电路并不是只有“全盘接受”一种设计方法。一些直流小、根基浅的小型管，更愿意在接受的时候做一定的阻挡，来获取更好的噪声性能，然而不能阻挡过了头，否则会影响其贡献。而对于一些巨型功率管，则需要在输出时谨小慎微，因为他们更不稳定，同时，一定的保留有助于他们发挥出更多的“不扭曲的”能量。
典型的阻抗匹配网络有L匹配、π形匹配和T形匹配。其中L匹配，其特点就是结构简单且只有两个自由度L和C。一旦确定了阻抗变换比率和谐振频率，网络的Q值（带宽）也就确定了。π形匹配网络的一个优点就是不管什么样的寄生电容，只要连接到它，都可以被吸到网络中，这也导致了 π形匹配网络的普遍应用，因为在很多的实际情况中，占支配地位的寄生元件是电容。T形匹配，当电源端和负载端的寄生参数主要呈电感性质时，可用T形匹配来把这些寄生参数吸收入网络。
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