放大器的类型

所有放大器都是功率放大器，但是，信号处理系统的前级作用是处理小信号。前几级设计成有较高的电压增益，因为电压增益是放大器的重要性能，这些放大器被称作电压放大器。图12－1是一个完整的简单音频放大器框图。麦克风产生一个很小信号，在mV级范围。第一级是放大弱的音频信号，最后面的那一级产生一个更大信号，称作功率放大器。

功率放大器设计成具有大的功率增益。它必须处理大的电流和电压。大的电压和电流才产生一个大的功率。功率放大器的效率非常重要。高效功放的作用是把它从电源取得的直流功率尽可能多地变成信号功率。参见图12－2，注意功率放大器的功能就是把直流功率变成信号功率，它的效率是：

η = (信号输出功率/直流输入功率)×100%

图12－2的功率放大器产生8W的信号输出功率。16V的电源向放大器提供1A电流。输入放大器的直流功率是：

P＝UI =16W

放大器的效率是：

效率= ( 8W/16W )x 100% = 50%

在大功率系统中效率很重要，例如假设在音乐放大器中，要求100W的音频输出，又假设功率放大器的效率只有百分之十。这样电源必须对放大器提供1000W功率。一个1kW电源又大、又重、又贵。发热将是这个音乐放大器的另一个问题。1kW 的输入功率中，有900W变成热，这个系统需要一个大的冷却风扇。

例1

一个放大器从40V的电源吸收2A的电流，输出功率52W时,它的效率是多少?耗散在这个放大器上的功率是多少?

首先求直流的输入功率：

Pin = U×I ＝40V×2A＝80 W

求效率：

η=(Pout/Pin)×100% = (52W /80)×1OO% = 65%

输入与输出之差就是耗散功率(耗散的热):

P耗散= Pin - Pout = 80 W - 52 W =28W

例2

一个汽车立体声放大器每个声道额定输出功率是70W，它的效率是60％，输出额定功率时，需要多大的电流？汽车电子系统工作电压是12V。

第一步是求输入功率，然后确定电流。整理效率公式得出：

Pin = Pout/ ηC = 140W/0.6 =233W

由功率公式得出：

I = P/U = 233 W / 12V = 19.4A

上所提到的放大器电路都属于甲类放大器。甲类放大器工作在负载线的中心点，见图12－3。甲类工作点只需要一个晶体三极管就能够给出最大的不失真的输出振幅。输出信号较好地还原了输入信号、失真低，这是甲类工作最大的优点。

图12－4显示了另一种工作类型，称乙类放大器。工作点处在负载线的截止点。通过对三极管的发射结零偏置，以实现该目的。零偏置就是只对入信号的半波进行放大。只有能使基极发射极二极管导通的部分才产生输出信号。在输入信号的正半周期，晶体三极管导通，乙类放大器有180°导通角。甲类放大器在整个的输入信号的周期导通。它们有360°的导通角。

放大器工作在乙类有什么好处? 先不管失真，乙类放大器的优点是它的效率较高，放大器的偏置设置在截止点，静态时没有电流，可以节省能量。

甲类浪费能量在小信号时特别明显。甲类放大器工作在负载线的中点这意味着电源电压的一半是降在三极管上，流过晶体三极管的电流是饱和电流的一半，该电压和电流产生的功率都消耗在晶体三极管上，在甲类放大器中这种能量的消耗是一个常数，即使在没有信号时，也从电源吸收能量。

乙类放大器工作在截止状态，无输入信号时晶体三极管的电流是零。电流为零意味功率为0W，没有信号,电源就没有消耗，输入信号的振幅越大，电源的消耗就越大。乙类放大器排除了固定的能量的消耗，因此它的效率比较高，在大功率应用中这是很重要的。用两只晶体三极管可消除大部分失真。每个晶体三极管放大信号的一半，这样的线路虽然有些复杂，但效率提高了。

通过改变放大器的偏置方式，还有甲乙类和丙类功率放大器。偏置控制了工作点、导通角和工作类型。表1总结了各类放大器的重要特性。现在来研究该表，并作为本章后面几节的参考。对于第一次研究放大器的人，很容易将不同的类别和术语混在一起，表2有助于你组织思路。

表1各类放大器的特点：

表2放大器的术语解释：