功率放大器总结.docx

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功率放大器总结

功率放大器

微电子1101

张涵予

A类（甲类）功率放大器

1.原理

A类（甲类）放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。

可认为它是一种良好的线性放大器。

A类功放输出级中两个（或两组）晶体管永远处于导电状态，也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流，并使这两个电流等于交流电的峰值，这时交流在最大讯号情况下流入负载。

当无讯号时，两个晶体管各流通等量的电流，因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压，故无电流输入扬声器。

当讯号趋向正极，线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流，下方的输出晶体管则相对减少电流，由于电流开始不平衡，于是流入扬声器而且推动扬声器发声。

2.应用

当对效率要求不高的时候，大多数小信号线性放大器会设计成A类（甲类），即输出级元件总是处于导通区。

这类放大器最常用于小信号级或低功率（例如驱动耳机）应用中。

A类功放是重播音乐的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬

3.优、缺点

A类功放的工作方式具有最佳的线性，每个输出晶体管均放大讯号全波，完全不存在交越失真，即使不施用负反馈，它的开环路失真仍十分低，由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。

电路简单，调试方便

A类功放放最大的缺点是效率低，因为它的效率低，供电器一定要能提供充足的电流。

一部25W的A类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用。

所以A类机的体积和重量都比AB类大，这让制造成本增加，售价也较贵。

一般而言，A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多。

A类功率功放发热量惊人，因为无讯号时仍有满电流流入，电能全部转为高热量。

当讯号电平增加时，有些功率可进入负载，但许多仍转变为热量。

为了有效处理散热问题，A类功放必须采用大型散热器。

B类（乙类）功率放大器

1.原理

B类功放放大的工作方式是当无讯号输入时，输出晶体管不导电，所以不消耗功率。

当有讯号时，每对输出管各放大一半波形，彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大，在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真，因此形成非线性。

在乙类（B类）中，有两个（组）输出器件分别放大正负半周，每一个都精确地在输入信号的180度（或半周期）时交互导通。

2.应用

一般用于宽带大功率放大或集成电路输出级放大.

3.优、缺点

B类（乙类）功率放大器其特点是效率较高，B类功放的效率平均约为75%，产生的热量较A类机低，容许使用较小的散热器。

B类（乙类）放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。

因为在讯号非常低时失真十分严重，所以交越失真令声音变得粗糙。

AB类（甲乙类）功率放大器

1.原理

甲乙类（AB类）放大器在甲类（A类）与乙类（B类）的一种折衷，它改善了小信号输出的线性度;导通角在180度以上

2.应用

由于他们有较高的效率，通常用于低频放大器（如音频和hi-fi）中。

或者也用于其它线性度和效率都很重要的设计（手机，蜂窝发射塔，电视发射台）也被广泛应用于家庭、专业、汽车音响系统中。

3.优、缺点

与前两类功放相比，AB类功放可以说在性能上的妥协。

AB类功放通常有两个偏压，在无讯号时也有少量电流通过输出晶体管。

它在讯号小时用A类工作模式，获得最佳线性，当讯号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。

普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作，由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦，因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式，只在出现音乐瞬态强音时才转为B类。

这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量，是一种颇为合乎逻辑的设计。

有些AB类功放将偏流调得甚高，令其在更宽的功率范围内以A类工作，使声音接近纯A类机，但产生的热量亦相对增加

C类（丙类）功率放大器

1.原理

C类放大器常称为高功率射频（RF）放大器。

丙类（C类）设计成在输入信号不足180°时导通。

信号由调谐电路还原为近似正弦形状，同时效率这类功放较少听说。

2.应用

因为它是一种失真非常高的功放，只适合在通讯用途上使用

3.优、缺点

C类机输出效率特高，比甲类（A类）、甲乙类（AB类）或者乙类（B类）放大器都高很多，但不是HI-FI放大所适用。

线性度不好，但是对于单个频率功率放大器来说这并不重要。

丁类（D类）功率放大器

1.原理

D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。

放大器使用开关来达到很高的功耗效率（在现代设计中大于90%）。

通过允许每个输出器件完全导通或关断，能量损失达到最小化。

2.应用

D类功放集成块音色音质很好，不过它们现在还只应用在汽车音响中，一些有兴趣的DIY高手把它们改制到了家用音响中。

3．优、缺点.

1、能量转换效率极高，体积小，可靠性高。

耗电量仅为同功率等级模拟放大器的三分之一。

其电源实际使用效率可以高达90%以上，节约能源，也符合环保要求。

由于D类功放极高的效率，半导体器件的温升明显减小，失真率也就显著减小。

2、可连接的最低负载阻抗可以很低，并且无论负载阻抗高低而电源转换效率基本保持不变。

3、高、中、低频无相对相移，声音清晰透明，声像定位准确。

由于采用无负反馈的16放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz~20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。

4、瞬态响应好，即“动态特性”好。

由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特征。

由于D类功放采用的FET管导通的时候，Vds的压降极小，故D类功放的输出音频电压最大幅度接近于供电电压。

而线性功放，由于静态偏置和Vces的影响，输出音频最大电压幅度是和供电电压还有一定差距，在低压系统中，这个现象更加明显。

5、无过零失真。

传统功放一般都存在由于对管配对及各级调整不佳产生的过零、交越失真。

6、直接接收CD、DVD等数字音源输出的同轴或光纤数字音频信号，可以直接以数字信号的方式进行放大，体现了与数字音源的完美结合。

7、适合于大批量生产。

产品的一致性好，生产中无需调试，可靠性好，只要保证元器件正确安装即可。

8、不需任何附加装置可方便地实现遥控、群控和监测等功能。

D类功率放大器存在的不足：

1、输出功率功率晶体管并不是纯粹的开关，也不是匹配得很好，会带来畸变。

2、功率晶体管在接通和关闭的过程中，接地点的电位会出现波动，从而增大噪音。

3、功率输出电路是用两只功率晶体管接成的桥路，一只功率晶体管导通，另外一只关闭，这之间存在死区。

4、功率输出电路和扬声器之间用一只输出低通滤波器把音频以外的成分滤除，让音频信号进入扬声器，但不可能彻底滤除脉宽调制的载波，这也是造成失真的一个因素。

造成扬声器的失真。

5、EMI问题严重，使用普通pwm单一调制频率进行调制的时候，高频谐波的分量很大，有可能造成严重的EMI问题。

6、对采样时钟的抖动很敏感，采样时钟频率的细微抖动都会引来较大的失真。

实际D类功放的缺点正通过技术的改进不断得到改善，而它固有的效率高的优点也不断的得到加强，相信以后D类功放将会全面的取代A/B/AB类的功放，特别是在追求较大功率和较高效率的场合

T类功率放大器

1.原理

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。

但它和普通D类功率放大器不同的是：

1、它不是使用脉冲调宽的方法，Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“DigitalPowerProcessing（DPP）”的数字功率技术，它是T类功率放大器的核心。

它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。

输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭。

从而使音质达到高保真线性放大。

2、它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。

使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。

3、此外，T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。

DDP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。

在高保真方面，线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。