A類(lèi)放大器優(yōu)缺點(diǎn)

一、A類(lèi)放大器

最常用的功率放大器配置類(lèi)型是A 類(lèi)放大器。A 類(lèi)放大器是最簡(jiǎn)單的功率放大器形式，它在標(biāo)準(zhǔn)共發(fā)射極電路配置中使用單個(gè)開(kāi)關(guān)晶體管，以產(chǎn)生反相輸出。晶體管始終處于“導(dǎo)通”偏置狀態(tài)，以便在輸入信號(hào)波形的一個(gè)完整周期內(nèi)導(dǎo)通，從而產(chǎn)生最小失真和最大幅度的輸出信號(hào)。

這意味著A 類(lèi)放大器配置是理想的工作模式，因?yàn)榧词乖谪?fù)半周期內(nèi)，輸出波形也不會(huì)有交越或關(guān)斷失真。A 類(lèi)功率放大器輸出級(jí)可以使用單個(gè)功率晶體管或連接在一起的晶體管對(duì)來(lái)分擔(dān)高負(fù)載電流。

二、A類(lèi)放大器效率計(jì)算

下面為功率放大器效率：

功率放大器效率計(jì)算

功率放大器效率

η% ——是放大器的效率

Pout – 是傳遞給負(fù)載的放大器輸出功率

Pdc– 是從電源獲取的直流功率

對(duì)于功率放大器來(lái)說(shuō)，放大器電源的良好設(shè)計(jì)非常重要，可以為輸出信號(hào)提供最大可用的連續(xù)功率。

下面這個(gè)為分壓網(wǎng)絡(luò)：

分壓網(wǎng)絡(luò)

在上圖中，電流增益為 β 的 BJT 晶體管由分壓器網(wǎng)絡(luò)偏置，分壓器網(wǎng)絡(luò)由連接到基極支路的兩個(gè)并聯(lián)電阻 R 1和 R 2組成。未施加交流信號(hào)時(shí)的集電極電流和電壓 (I C0 ,V C0 ) 設(shè)置放大器的工作點(diǎn)或靜態(tài)點(diǎn)。靜態(tài)點(diǎn)非常重要，因?yàn)樗谳敵鎏匦灾械奈恢脹Q定了導(dǎo)通角值，從而決定了放大器的類(lèi)別。

可以使用偏置電阻和發(fā)射極電阻的值來(lái)調(diào)整這組值 (I C0 ,V C0 )。實(shí)際上，集電極電流 I C0由下式給出：

偏置集電極電流

我們可以明確公式2中的兩個(gè)參數(shù)：0.7V對(duì)應(yīng)于電壓VBE，這是硅基晶體管的閾值電壓。電阻R 1 //R 2 是偏置電路的并聯(lián)等效電阻，由比率(R 1 ×R 2 )/(R 1 +R 2 )給出。

集電極電壓 V C0滿(mǎn)足：

偏置集電極電壓

A 類(lèi)放大器的特點(diǎn)是導(dǎo)通角為 360°。為實(shí)現(xiàn)此功能，A 類(lèi)放大器的靜態(tài)點(diǎn)選擇在負(fù)載線(xiàn)的中間，如下圖所示：

A 類(lèi)偏置條件 靜態(tài)點(diǎn)滿(mǎn)足：I C0 =V supply /2R C和V C0 =V supply /2。 這些公式連同上面兩個(gè)公式可以為偏置電阻選擇合適的值以獲得 A 類(lèi)放大器。 A類(lèi)放大器的吸收功率是一個(gè)常數(shù)，等于P abs = V supply ×I C0。 輸出功率是均方根輸出電流和電壓的乘積：P out = V out,rms × I out,rms。 當(dāng)輸出電流達(dá)到上限I C 0且輸出電壓達(dá)到電源V supply時(shí)，P out的最大值被給出：P out,max = (V supply ×I C0 )/2。因此，最大效率是：

A 類(lèi)放大器的最大效率 實(shí)際上，效率大約為 20% 到 30%，使用兩個(gè)晶體管配置可以達(dá)到 50%。這種低效率凸顯了一個(gè)事實(shí)，即使沒(méi)有應(yīng)用交流輸入信號(hào)，A 類(lèi)放大器也會(huì)耗電。

三、A類(lèi)放大器原理

下圖顯示了A 類(lèi)放大器的波形。下面顯示的第一個(gè)波是實(shí)際驅(qū)動(dòng)晶體管基極的輸入，而第二個(gè)波是作為輸入結(jié)果流動(dòng)的集電極電流 I(c) 的輸入。

A類(lèi)放大器工作原理圖 Y軸或水平軸線(xiàn)表示上圖中的導(dǎo)通角。從上圖可以清楚地看出，集電極電流 I(c) 在輸入信號(hào)的 360 度范圍內(nèi)流動(dòng)。因此，放大器始終處于開(kāi)啟狀態(tài)，因此 A 類(lèi)放大器的效率非常低，約為 25% 到 30%。然而，由于這個(gè)原因，這種放大器的增益很高。 A 類(lèi)放大器用作線(xiàn)性放大器，因?yàn)檩敵鍪禽斎胄盘?hào)的副本（更精確的放大副本）。但需要注意的是，工作中的三極管絕不能因輸入信號(hào)而被推向飽和或截止?fàn)顟B(tài)。如果由于某種原因發(fā)生這種情況，你將獲得具有平坦峰值的輸出波形。

共發(fā)射極甲類(lèi)放大器電路 上圖所示電路為共發(fā)射極A類(lèi)放大器電路。首先，偏置電阻R1 和 R2 由單個(gè)可變電阻器 R(b) 代替。R3 重命名為 R(c)。R4 和旁路電容被解雇并在這里失業(yè)，否則，通過(guò)調(diào)整 R(b) 將在負(fù)載線(xiàn)上滑動(dòng)的 Q 點(diǎn)帶到它的中心。

A類(lèi)放大器模型 上面的模型顯示了以 Q 點(diǎn)為中心的負(fù)載線(xiàn)。V(CEQ) 在其行為方面與 V(CE) 幾乎相同，唯一的區(qū)別在于它更像是一種特定類(lèi)型的值，而不是一系列值。I(CQ) 和 I(C) 也是如此。

三、A類(lèi)放大電路

1、A 類(lèi)中的基本公共發(fā)射器配置 這里以 CEA 為例A 類(lèi)放大器的基本配置。CEA的輸出級(jí)如下所示：

基本 CEAA 的輸出級(jí) 這是 A 類(lèi)功率放大器的最基本配置，請(qǐng)注意負(fù)載電阻R L直接連接到集電極支路。此配置稱(chēng)為通用發(fā)射極放大器 A 類(lèi)的基本 CEAA 。 下圖顯示了如何將輸出信號(hào)分解為兩個(gè)分量：偏置直流信號(hào)和交流放大信號(hào)：

輸出信號(hào)的直流和交流分量 上圖所示的輸出信號(hào)非常直觀(guān)地分解為一個(gè)DC 分量(V C0 ,I C0 ) 和一個(gè)AC 分量(v C (t),i C (t))，使我們可以寫(xiě)出總輸出信號(hào) V C (t) 和 I C (t) :

輸出信號(hào)的分解 對(duì)于電路圖中的純電阻負(fù)載，v C (t)=V AC ×sin(ωt) 和 i C (t)=-I AC ×sin(ωt)。 符號(hào) ω 代表角頻率：ω=2πf。 負(fù)載P L (t)所吸收的瞬時(shí)功率來(lái)自于偏置信號(hào)和替代信號(hào)的貢獻(xiàn)： P L (t)=(V supply -V C (t))×I C (t)。 可以通過(guò)對(duì)一個(gè)信號(hào)周期的積分計(jì)算表明，平均吸收功率 P L由于偏置 P L,DC可以分解為一個(gè)功率，而由于負(fù)載 P L上的信號(hào)變化，平均吸收功率 P L 可以分解為一個(gè)有用功率，交流電：

負(fù)載吸收的平均直流和交流功率 提供給放大器的總功率 P tot來(lái)自直流電源：P tot =V supply ×I C0。因此，上面電路配置的效率是有用功率與總供應(yīng)功率之比：η=P L,AC /P tot。 從公式 2中給出的 P L,AC表達(dá)式可以看出，當(dāng) V AC和 I AC最大化時(shí)，效率最大，也就是說(shuō) V AC,max =V supply /2=V C0（參見(jiàn)下圖中的原因）和 I AC,max =I C0。 因此，最大效率為：

基本 CEAA 配置的最大效率 上面詳述的所有信息都可以在下面中綜合：

基本 CEAA 的功率分配 淺藍(lán)色區(qū)域代表提供給系統(tǒng)的總功率Ptot。這里非常直觀(guān)地看到，實(shí)現(xiàn)放大過(guò)程 P L,AC （淺綠色）所吸收的有用功率僅代表 P tot的一小部分。為了克服這種非常低的效率，解決方案之一是將集電極支路與變壓器耦合，這就是下面的要講的部分。 2、達(dá)林頓晶體管配置

達(dá)林頓器件的總電流增益Beta (β)或hfe值是晶體管的兩個(gè)單獨(dú)增益相乘的乘積，與單個(gè)晶體管電路相比，非常高的β值和高集電極電流是可能的。 為了提高A 類(lèi)放大器的全功率效率，可以設(shè)計(jì)在集電極電路中直接連接變壓器的電路，以形成稱(chēng)為變壓器耦合放大器的電路。變壓器通過(guò)使用變壓器的匝數(shù)比 ( n)匹配負(fù)載阻抗與放大器輸出阻抗來(lái)提高放大器的效率，下面給出了一個(gè)示例。 3、變壓器耦合放大電路 這里介紹另一種涉及使用變壓器的CEAA配置。以下配置將被稱(chēng)為變壓器耦合 CEAA。該架構(gòu)的輸出階段如下圖所示：

變壓器耦合 CEAA 的輸出級(jí) 首先，簡(jiǎn)要介紹一下變壓器的組成部分。它是在兩個(gè)去耦電路之間傳輸能量的無(wú)源元件，通常與繞在一個(gè)磁芯周?chē)膬蓚€(gè)電感一起工作，第一個(gè)電感的匝數(shù)為 n 1，次級(jí)電路為 n 2。變壓器的輸入（此處為 V C，I C）和輸出信號(hào)（此處為 V L，I L）滿(mǎn)足：

理想變壓器恒等式 由于變壓器，負(fù)載與集電極支路去耦，因此放大器的工作點(diǎn)發(fā)生變化。實(shí)際上，在電源和集電極支路之間沒(méi)有插入電阻。此外，由于電感不會(huì)阻擋直流電壓，我們可以認(rèn)為變壓器的直流電阻等于零。 在基本的 CEAA（上面的例子）中，偏置電壓為 V C0 =V supply /2。由于我們上面提到的原因，在變壓器耦合的 CEAA 中，偏置電壓變?yōu)閂 C0 =V supply。 負(fù)載線(xiàn)的斜率將由-1/R' L給出，其中 R' L是初級(jí)電路中的視在負(fù)載。 視在負(fù)載的表達(dá)式定義為 R' L =V C /I C。從上面的公式，我們知道 V C =N×V L和 I C =I L /N。因此，表觀(guān)負(fù)載由下式給出：

初級(jí)電路中的視在負(fù)載 如上面例子的波形圖所示，對(duì)于基本 CEAA，我們可以將變壓器耦合 CEAA 的輸出信號(hào)分解為直流分量（V supply，I C0）和交流分量（ V AC，I AC）。 考慮到所有這些信息，變壓器耦合 CEAA 的配電圖如下所示：

變壓器耦合 CEAA 的功率分配 比較上面的圖和這個(gè)圖，我們可以清楚地看到，在變壓器耦合配置的情況下，代表放大過(guò)程有用吸收功率的淺綠色區(qū)域的比例要大得多。 當(dāng) V AC和 I AC最大化時(shí)，效率最大化。在這種情況下，V AC ,max =V supply和 I AC,max =I C0。因此，變壓器耦合 CEAA的最大效率 η max由下式給出：

變壓器耦合 CEAA 配置的最大效率 與基本 CEAA 配置相比，此配置的效率提高了 2 倍。因此，當(dāng)將 A 類(lèi)放大器的輸出級(jí)與變壓器耦合時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)50%的理想效率。

四、A類(lèi)放大器優(yōu)缺點(diǎn)

1、A類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)

由于輸入信號(hào)的輸出精確復(fù)制，它具有高保真度。

它改善了高頻響應(yīng)，因?yàn)橛性雌骷珪r(shí)開(kāi)啟，即不需要時(shí)間來(lái)開(kāi)啟器件。

沒(méi)有交越失真，因?yàn)橛性雌骷谳斎胄盘?hào)的整個(gè)周期內(nèi)都導(dǎo)通。

單端配置可以在 A 類(lèi)放大器中輕松且實(shí)際地實(shí)現(xiàn)。

2、A類(lèi)放大器的缺點(diǎn)

由于電源和散熱器較大，A 類(lèi)放大器價(jià)格昂貴且體積龐大。

它的效率很低。

由于變壓器耦合頻率響應(yīng)不是很好。

審核編輯 ：李倩