功放的ABCD類

1、純Class A（甲類）功率放大器

純甲類功率放大器又稱為A類功率放大器（Class A），它是一種完全的線性放大形式的放大器。在純甲類功率放大器工作時，晶體管的正負(fù)通道不論有或沒有信號都處于常開狀態(tài)，這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類功率放大器在汽車音響的應(yīng)用中比較少見，像意大利的Sinfoni高品質(zhì)系列才有這類功率放大器。這是因為純甲類功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音響發(fā)燒友們對它的聲音表現(xiàn)津津樂道。

小信號放大器主要包括：共射極放大器、共基極放大器、共集極放大器，如果這種小信號放大器能夠?qū)π盘栠M行完整放大，那就就可以稱為ClassA放大器。

A類擴大是音色還原度最高的一種放大方式，同時效率也非常低。

在訊號輸入周期都是導(dǎo)通的狀態(tài)(包含正周波和負(fù)周波)，因此即使是沒有訊號輸入時，功放也是持續(xù)在耗電，也因此A類有最好的線性度，而不會產(chǎn)生B類、AB類的交互失真(Crossover Distortion)問題。A類擴大能在放大輸入訊號(藍(lán)色)的同時，達(dá)到最小失真的輸出訊號(綠色)

雖然A類能提供最低失真的音色，但它的效率只在15%-30%之間，大部分的電能都化作溫度散失了，所以機身溫度都很燙，基于散熱考慮機器也只能做的很大臺又笨重，在高溫高電流的環(huán)境下放大組件(晶體管or真空管)也時常需要更換。

由于A類放大的聲音有非常低的失真度，即便缺點甚多，仍有許多音響發(fā)燒友愿意花大錢追求幾乎沒有失真的音色。

小信號放大器的輸入信號幅度很小，而且輸出的變化幅度也很有限，如圖所示，Ic以及Vce在各自的靜態(tài)工作點(ICQ、VCEQ)上、下有限的范圍內(nèi)變化，而ClassA放大器不同，如圖所示，為了獲得最大限度的功率輸出，它的Ic以及Vce都都在各自的極限范圍內(nèi)進行變化，對于Ic來說，這個極限范圍是0~Ic(sat);對于Vce來說，這個極限范圍是0~Vce(cutoff)。

小信號放大器與ClassA放大器的AC負(fù)載線

ClassA放大器怎樣才能獲得最大輸出信號

從上圖的右圖可以推斷，如果Q點在 AC負(fù)載線的中間，則ClassA放大器可以獲得最大的輸出信號，在理想情況下，Ic可以從靜態(tài)工作點ICQ變大到其飽和值Ic(sat)處，或變小到截止值0。如果輸入信號的變化幅度超過一定范圍，使得放大器進入飽和或者截止?fàn)顟B(tài)，則會出現(xiàn)下圖所示的失真。

如果Q點偏離中央而趨向飽和區(qū)或者截止區(qū)，則會出現(xiàn)下圖所示的飽和失真或截止失真——Q點偏飽和區(qū)時為飽和失真，Q點偏向截止區(qū)的為截止失真。

功率放大器與小信號放大器一樣，在對信號放大的同時需保證輸出與輸入的一致性。所以，把Q點放到AC負(fù)載線中央對于ClassA放大器來說可以獲得最大的輸出信號且避免失真。

如圖所示是其中一種ClassA放大器：

2、Class B（乙類）功率放大器

乙類功率放大器，也稱為B類功率放大器（Class B），它也被稱為線性放大器，但是它的工作原理與純甲類功率放大器完全不同。B類功放在工作時，晶體管的正負(fù)通道通常是處于關(guān)閉的狀態(tài)除非有信號輸入，也就是說，在正相的信號過來時只有正相通道工作，而負(fù)相通道關(guān)閉，兩個通道絕不會同時工作，因此在沒有信號的部分，完全沒有功率損失。但是在正負(fù)通道開啟關(guān)閉的時候，常常會產(chǎn)生跨越失真，特別是在低電平的情況下，所以B類功率放大器不是真正意義上的高保真功率放大器。在實際的應(yīng)用中，其實早期許多的汽車音響功放都是B類功放，因為它的效率比較高。

因為A類擴大實在是很沒效率，B類擴大就采用不同的設(shè)計方式，分別有兩個輸出放大器來處理音頻訊號的正波和負(fù)波，再由晶體整合輸出，處理正波的在工作時，負(fù)責(zé)負(fù)波的就停止，反之亦然。因此B類放大能夠有接近80%的轉(zhuǎn)換效率。

但B類放大有一個主要的問題是在兩個輸出放大器一開一關(guān)之間，會導(dǎo)致正負(fù)波交點的線性不連續(xù)，也就是前面提到的交越失真(Crossover Distortion)，使聲音較為粗糙。

純B類功放較少，因為在訊號非常低時失真十分嚴(yán)重，所以交越失真令聲音變得粗糙。B類功放的效率平均約為75%，產(chǎn)生的熱量較A類機低，容許使用較小的散熱器。乙類功放通常的工作方式分為OCL和BTL，BTL可以提供更大的功率，目前絕大部分的功率集成電路都可以用兩塊組成BTL電路。

B類放大器的晶體管只在半個周期或者說正弦波的180度內(nèi)導(dǎo)通，看上圖，這樣的放大器看似沒有什么用處，因為它導(dǎo)致了信號的失真。不過，如果你將兩個晶體管結(jié)合起來使用，一個用來放大正半周，另一個用來放大負(fù)半周，然后再將兩者組合起來，那個整個波形就都得到了放大。這樣的放大器稱作推挽式放大器。

像B類放大器這種設(shè)計的好處是電路的效率更高，不過此類放大器在正弦波過零點的附近會導(dǎo)致信號的交越失真，這是由于晶體管不可能精確地在零點位置上導(dǎo)通和關(guān)閉。為了去掉交越失真，人們設(shè)計了AB類放大器，它容許晶體管在輸入正弦波信號高于180度導(dǎo)通，它容許小電流不間斷地流動，其結(jié)果是失真基本消除但效率較低。

3、Class AB（甲乙類)功率放大器

甲乙類功率放大器也稱為AB類功率放大器（Class AB），它是兼容A類與B類功放的優(yōu)勢的一種設(shè)計。當(dāng)沒有信號或信號非常小時，晶體管的正負(fù)通道都常開，這時功率有所損耗，但沒有A類功放功率損耗嚴(yán)重。當(dāng)信號是正相時，負(fù)相通道在信號變強前還是常開的，但信號轉(zhuǎn)強則負(fù)通道關(guān)閉。當(dāng)信號是負(fù)相時，正負(fù)通道的工作剛好相反。AB類功率放大器的缺陷在于會產(chǎn)生交越失真，但是相對于它的效率比以及保真度而言，都優(yōu)于A類和B類功放，AB類功放也是目前汽車音響中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計。

和B類放大一樣，AB類放大也有兩個輸出放大器分別處理正波和負(fù)波，不同的是輸出放大器導(dǎo)通的時間大于B類的半個周期，在音量小時用A類的放大方式，音量大時使用B類的放大方式，因此能夠有更佳的線性度，讓交越失真(Crossover Distortion)的程度小于B類。

設(shè)計具有高效率和低失真的放大器的最佳方法就是AB類放大器，它是B類配置和A類配置的結(jié)合，從而產(chǎn)生了AB類放大器電路。因此該放大電路的輸出級結(jié)合了A類和B類放大器的優(yōu)點，也減少了失真和低效率的問題。

AB類放大器電路設(shè)計考慮了兩個晶體管T1和T2。晶體管T1為NPN型，晶體管T2為PNP型。兩個正向偏置二極管D1和D2串聯(lián)連接，以控制VBE(發(fā)射極-基極電壓)由于溫度變化引起的變化，如下面電路圖所示。電阻R1與D1串聯(lián)，電阻R2與D2串聯(lián)。

普通機10瓦的AB類功放大約在5瓦以內(nèi)用A類工作，由于聆聽音樂時所需要的功率只有幾瓦，因此AB類功放在大部分時間是用A類功放工作模式，只在出現(xiàn)音樂瞬態(tài)強音時才轉(zhuǎn)為B類。這種設(shè)計可以獲得優(yōu)良的音質(zhì)并提高效率減少熱量，是一種頗為合乎邏輯的設(shè)計。有些AB類功放將偏流調(diào)得甚高，令其在更寬的功率范圍內(nèi)以A類工作，使聲音接近純A類機，但產(chǎn)生的熱量亦相對增加。

4、ClassC(丙類)功放

其實ClassC是工作在失真狀態(tài)的！丙類早期是用于射頻功率放大的~因為調(diào)頻類射頻輸出是可以使用的，通過調(diào)節(jié)頻率來載波，所有信號即使是失真，但是并不影響其頻率~但是近期有部分發(fā)燒友，因為它的高效率，也有在研究把它應(yīng)用于音頻的方向。但是最近比較流行的D類效率也很高，還有T類功放。

C類放大器用于射頻信號，且通常是功率放大器。它們只容許晶體管在輸入正弦波信號的不到180度內(nèi)導(dǎo)通，通常在90度到150度的范圍。它產(chǎn)生的失真極大，然而由于這種放大器的輸出級是由電感器和電容器構(gòu)成的LC調(diào)諧電路，它諧振在工作頻率上，因而可以消除失真。這類放大器具有極高的效率。

在C類放大器中，MOS管起著開關(guān)的作用，由輸入信號來開通和關(guān)斷，如圖所示，當(dāng)MOS管導(dǎo)通時，電容會充電到直流電源的電壓，與此同時，電流流過電感，在其周圍建立一個磁場。當(dāng)晶體管關(guān)斷時，電感和電容開始交換能量，并在這個LC電路中建立起一個頻率為諧振頻率的振蕩。這就是所謂的儲能電路，于是儲存在儲能電路中的能量產(chǎn)生出一個放大的正弦波輸出。

換一種方式來看，晶體管開關(guān)使輸入失真，產(chǎn)生的脈沖波形富含諧波，但儲能電路起到了帶通濾波器的作用，它只讓基波通過，而諧波被濾掉了。

5、ClassD(D類)功率放大器

D類放大器與上述A，B或AB類放大器不同，其工作原理基于開關(guān)晶體管，可在極短的時間內(nèi)完全導(dǎo)通或完全截止。兩個晶體管不會在同一時刻導(dǎo)通，因此產(chǎn)生的熱量很少。這種類型的放大器效率極高（90%左右），在理想情況下可達(dá)100%，而相比之下AB類放大器僅能達(dá)到78.5%。不過另一方面，開關(guān)工作模式也增加了輸出信號的失真。D類放大器的電路共分為三級：輸入開關(guān)級、功率放大級以及輸出濾波級。D類放大器工作在開關(guān)狀態(tài)下可以采用脈寬調(diào)制（PWM）模式。利用PWM能將音頻輸入信號轉(zhuǎn)換為高頻開關(guān)信號，通過一個比較器將音頻信號與高頻三角波進行比較，當(dāng)反相端電壓高于同相端電壓時，輸出為低電平；當(dāng)反相端電壓低于同相端電壓時，輸出為高電平。

D類功放的運作原理比較特別一些，使用從模擬波形訊號和開關(guān)式電源快速導(dǎo)通和關(guān)閉的高頻三角波形進行電壓的比較，透過兩個波形的交點，可以取得用寬窄表示的脈波訊號Pulse Width Modulation(PWM)，這屬于一種數(shù)字采樣。這個高振幅的輸出通過低通濾波器(LowPass Filter)進行把三角波的高頻濾掉，變回能推動喇叭單體的模擬訊號。

采樣三角波(紅色)和訊源波形(藍(lán)色)的交點，轉(zhuǎn)換成寬窄不一的矩形脈沖波信號。

D類的優(yōu)點在于有非常高的效率(約90%)，高效率也意味著不會有過多的散熱需求，機身也能做的更輕巧。雖然早期的D類聲音表現(xiàn)較差，但技術(shù)的進步也讓他的音色越來越優(yōu)異。D類功放常用于耳機擴大器、地板型音箱頭等便攜型的產(chǎn)品。

D類放大器是一種特殊的放大器，準(zhǔn)確的來說它不是一種真正的線性放大器，它是由晶體管開關(guān)組成的。如上圖所示，這種放大器對輸入的模擬信號進行斬波，得到不同寬度的高頻脈沖，這個過程叫做PWM脈寬調(diào)制。

要放大的正弦波音頻信號同一個高頻三角波一起，被送到比較器的輸入端，當(dāng)三角波和正弦波值相等時，比較器的輸出就會發(fā)生切換，由此產(chǎn)生的PWM信號再被反饋到MOS管開關(guān)，以使信號更大。然后，這個高振幅的輸出通過一個電容和電感構(gòu)成的低通濾波器進行濾波，變回模擬信號。

大多數(shù)D類放大器是音頻放大器，它們的負(fù)載是喇叭。在功率低于幾瓦的時候，所有電路都是做成集成電路的，而對于大功率的時候，MOS管較大，需要做成插件的形式。

此類放大器的最大優(yōu)點在于，同樣的輸出功率下，它們更為高效。AB類的效率可能只有百分之二十到三十，而D類放大器可以超過百分之九十。這意味著此類放大器體積較小，耗電更少，發(fā)熱較少。并且非常適合于便攜式設(shè)備，如手機和MP3等。

D 類放大器是A、B、AB、C 和 D 段中功率效率最高的放大器類別。它具有較小的散熱量，因此需要較小的散熱器。該電路需要各種開關(guān)元件，例如具有低導(dǎo)通電阻的 MOSFET。

它是數(shù)字音頻播放器或控制電機中廣泛使用的拓?fù)?。但我們?yīng)該記住，它不是數(shù)字轉(zhuǎn)換器。盡管對于更高的頻率，D 類放大器并不是一個完美的選擇，因為它在少數(shù)情況下具有帶寬限制，具體取決于低通濾波器和轉(zhuǎn)換器模塊的功能。

T類功放

通過微機和I2C總線的控制，它實現(xiàn)對音量、音色、靈敏度、高音、低音、平衡音的自動調(diào)節(jié)，實現(xiàn)了智能化的“數(shù)字功率放大器”。

1、Tripath公司發(fā)明了一種稱作數(shù)碼功率放大器處理器“Digital Power Processing （DPP）”的數(shù)字功率技術(shù)，它是T類功率放大器的核心。它把通信技術(shù)中處理小信號的適應(yīng)算法及預(yù)測算法用到這里。輸入的音頻信號和進入揚聲器的電流經(jīng)過DPP數(shù)字處理后，用于控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉。從而使音質(zhì)達(dá)到高保真線性放大。

T類功放電路板

2、T類功率放大器的動態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦。DDP的出現(xiàn)，把數(shù)字時代的功率放大器推到一個新的高度。在高保真方面，線性度與傳統(tǒng)AB類功放相比有過之而無不及。

3、它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上。

E類、F類、G類、H類

除了傳統(tǒng)功放，還有幾類，分別是E類、F類、G類、H類。

E類放大器是一種采用開關(guān)拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)、工作在射頻的高效功率放大器。單極開關(guān)元件和調(diào)諧電抗網(wǎng)絡(luò)是與 E 類放大器一起使用的主要組件。

F類是諧波方面的高阻抗放大器。它可以使用方波或正弦波驅(qū)動。對于正弦波輸入，該放大器可以使用電感器進行調(diào)諧，并可用于增加增益。

G 類使用軌開關(guān)來降低功耗并提高效率性能。而H類是G類的進一步改進版。