A、B、AB、D类音频功率放大器教程

D 类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier）
B 类、 近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎 A 类、 C 类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调 A 类、B 类、AB 类而却把 D 类 放大器给忘掉了，事实上 D 类放大器早在 1958 年已被提出(注一)，甚至还有 E 类、F 类、G 类、H 类及 S 类等(注二)，只是这些类型的电路与 D 类很接近，运
用机会低，所以也就很少被提及。
音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源 所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比) 如表一所示: 偏压分类 理想效率 A类 25% AB 类
介于 A 与 B 类之间
B类 78.5%
D类 100%
表一 各類功率放大器的效率比
随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及 LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因 此最近几年音频功率放大器由 AB 类功率放大器转以 D 类功率放大器为主流。 如 图 1 所示(注三)，在实际应用上 D 类放大效率可达 90%以上远超过效率 50%的 AB 类放大。所以 D 类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的 电子产品。
圖 1
D 類 及 AB 類效率比

A 类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流 通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作 ，如图 2 所示，以求放大后的 信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率 效益”（Power Efficiency）低，最大只有 25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率， 极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用 A 类放大器。
图1
图 2(a)、(b)皆属 A 类放大器，设计时让 VCE=1/2VCC，以求最大不失真范围。注意到 Vi 不输入时仍有 0.5VCC/RL 的电流流过晶体管， 所以晶体管需要良好的散热环境 。 由于 “共 集极”组态（图 2(a) Common Collector 组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共 射极”组态（图 2(b) Common Emitter 组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低 的输出组抗，因此，同属于 A 类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射 级”组态较常被当成“驱动级”使用）。

a b 图 2 A 类放大器
图 3 变压器耦合 A 类放大器
图 4 变压器耦合 A 类放大器的直流负载特性

类功率放大器（乙类功率放大器）是工作点在特性线极端处的一种放大器，如图 1 所示。当没有信号输入时，输出端几 乎不消耗功率。所以，若将 上图的左图 VBB 拿掉，则根据定义，这种零偏压的电路就是一种 B 类放大器。然而，由于它 的静态点在（VCC，0）处，因此，对于一个正弦波输入信号，它的输出端波形只剩半个周期是可以预期的。
图 1 B 类功率放大器电路图 解决上述问题的方法，是将另一半周期的信号以一 PNP 型 BJT 与原射级跟随器相接，形成所谓的 “互补式射级跟随 器”(Complementary Emitter Follower)，又称为“B 类推挽式放大器”（Class B Push-Pull Amplifier），如图 1 所示。其动作原理，在 Vi 的正半周其间，Q1 导通且 Q2 截止，所以，形成图 2 的输出端正半周正弦波；同理，当 Vi 为 负半周时，Q1 截止而 Q2 导通，结果形成输出端负半周正弦波，如图 2 虚线部分所示。
图2
B 类功率放大器特性图

由于 B 类推挽式放大器在无输入信号时不消耗功率， 因此它较 A 类放大器有更高的最大功率效益（可达 78%） 。 然而 由于推挽式放大器的信号振幅范围有一段是在特性线的非线性区域上，因此导致严重的失真，如 2 所示，这种失真我们 称它做“交越失真”（Cross-Over Distortion）。为了改善这种情形，所以有了 AB 类放大器，见下篇。
图 3 B 类双端推挽放大器
图 4 交流信号输入示意图

图 5 集极电流的变化情形
AB 类功率放大器（又称-甲乙类功率放大器）（Class AB Amplifier）
前面提到的 B 类推挽式放大器的交越失真，是由于信号大小在 -0.6V图 1 AB 类放大器
AB 类放大器所产生的失真虽然比 B 类放大器小， 但这项改进所付出的代价是待命功 率的浪费及功率效率的损失。 G 类放大器一般用于高频电路，这里不再敷述。

图 2(a)
2(b)
B 类放大器的交越失真
图
AB 类放大器消除交越失真的情形
图 3 变压器耦合 AB 类推挽放大器

图 4 AB 类放大器对于交叉失真的改善情形 各种类型放大器优缺点比较：
A 类放大器 工作点位置 导通角度 失真度 负载线中点 θ=360° 失真最小 效率最低，在 50% 以下 失真度低的小功率 放大器
B 类放大器 负载线截止点 θ=180° 失真度略高于 AB 类，有交叉失真 效率约为 50%至 78.5% 大功率放大器
AB 类放大器 负载线中点与截止 点之间 180°＜θ＜360° 可消除交叉失真
C 类放大器 负载线截止点以下 的区域 0°＜θ＜180° 失真度最大，有截波 失真 效率最高，在 85% 以上 射频电路与倍频器
功率转移效率
效率略低于 B 类
主要用途
一般的音响扩大机