功率放大器的基本介紹

什么是功率放大器？

功率放大器是一種電子放大器，旨在增加給定輸入信號(hào)的功率幅度。輸入信號(hào)的功率增加到足以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器，耳機(jī)，RF發(fā)射器等輸出設(shè)備負(fù)載的電平。與電壓/電流放大器不同，功率放大器被設(shè)計(jì)為直接驅(qū)動(dòng)負(fù)載并用作最終模塊在放大鏈中。

功率放大器的輸入信號(hào)必須高于某個(gè)閾值。因此，不是直接將原始音頻/ RF信號(hào)傳遞到功率放大器，而是先使用電流/電壓放大器對(duì)其進(jìn)行預(yù)放大，并在進(jìn)行必要的修改后將其作為輸入發(fā)送到功率放大器。您可以在下面觀察音頻放大器的框圖和功率放大器的用法。

在這種情況下，麥克風(fēng)用作輸入源。來(lái)自麥克風(fēng)的信號(hào)強(qiáng)度不足以用于功率放大器。因此，首先對(duì)其進(jìn)行預(yù)放大，然后使其電壓和電流略微增加。然后，信號(hào)通過(guò)音調(diào)和音量控制電路，對(duì)音頻波形進(jìn)行美學(xué)調(diào)整。最終，信號(hào)通過(guò)功率放大器，功率放大器的輸出被饋送到揚(yáng)聲器。

功率放大器的類型

根據(jù)連接的輸出設(shè)備的類型，功率放大器分為以下三種類型：

• 音頻功率放大器
• 射頻功率放大器
• 直流功率放大器

音頻功率放大器

這種類型的功率放大器用于增加較弱音頻信號(hào)的功率大小。在電視，移動(dòng)電話等的揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)電路中使用的放大器屬于此類別。

音頻功率放大器的輸出范圍從幾毫瓦（如耳機(jī)放大器）到數(shù)千瓦（如Hi-Fi /家庭影院系統(tǒng)中的功率放大器）。

射頻功率放大器

無(wú)線傳輸要求調(diào)制波要通過(guò)空氣長(zhǎng)距離發(fā)送。使用天線發(fā)送信號(hào)，并且發(fā)送范圍取決于饋送到天線的信號(hào)的功率大小。

對(duì)于諸如FM廣播之類的無(wú)線傳輸，天線需要輸入功率為數(shù)千千瓦的信號(hào)。在此，射頻功率放大器用于將調(diào)制波的功率幅度增加到足以達(dá)到所需傳輸距離的水平。

直流功率放大器

直流功率放大器用于放大PWM（脈沖寬度調(diào)制）信號(hào)的功率。它們用于需要大功率信號(hào)來(lái)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器的電子控制系統(tǒng)。它們從微控制器系統(tǒng)獲取輸入，增加其功率，并將放大后的信號(hào)饋送到直流電動(dòng)機(jī)或執(zhí)行器。

功率放大器類

有多種設(shè)計(jì)功率放大器電路的方法。每種電路配置的操作和輸出特性都互不相同。

為了區(qū)分不同功率放大器電路的特性和性能，使用了功率放大器類，其中分配了字母符號(hào)以標(biāo)識(shí)操作方法。

它們大致分為兩類。設(shè)計(jì)用于放大模擬信號(hào)的功率放大器屬于A，B，AB或C類。設(shè)計(jì)用于放大脈寬調(diào)制（PWM）數(shù)字信號(hào)的功率放大器位于D，E，F(xiàn)等之下。

最常用的功率放大器是音頻放大器電路中使用的功率放大器，它們屬于A，B，AB或C類。因此，讓我們?cè)敿?xì)了解一下它們。

甲類功率放大器

模擬波形由正高點(diǎn)和負(fù)低點(diǎn)組成。在此類放大器中，整個(gè)輸入波形都在放大過(guò)程中使用。

單個(gè)晶體管用于放大波形的正半部和負(fù)半部。這使它們的設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，并使A類放大器成為最常用的功率放大器類型。盡管此類功率放大器已被更好的設(shè)計(jì)所取代，但它們?nèi)栽跇I(yè)余愛(ài)好者中很受歡迎。

在此類放大器中，即使沒(méi)有輸入信號(hào)，有源元件（用于放大的電子組件，在這種情況下為晶體管）也一直處于使用狀態(tài)。在正常配置的情況下，這會(huì)產(chǎn)生大量熱量并將A類放大器的效率降低到25％，在變壓器耦合配置的情況下，效率會(huì)降低到50％。

A類放大器的導(dǎo)通角（360度中用于放大的波形部分）為360°。因此，信號(hào)失真水平非常小，可以提供更好的高頻性能。

B類功率放大器

B類功率放大器旨在降低A類放大器中存在的效率和發(fā)熱問(wèn)題。此類放大器使用兩個(gè)互補(bǔ)晶體管，而不是單個(gè)晶體管來(lái)放大整個(gè)波形。

一個(gè)晶體管放大波形的正一半，另一個(gè)晶體管放大波形的負(fù)一半。因此，每個(gè)有源器件導(dǎo)通波形的一半（180°），其中兩個(gè)導(dǎo)通時(shí)將放大整個(gè)信號(hào)。

由于采用了兩個(gè)晶體管設(shè)計(jì)，因此與A類放大器相比，B類放大器的效率有了很大提高。他們可以達(dá)到理論效率的75％左右。此類功率放大器用在電池供電的設(shè)備中，例如FM收音機(jī)和晶體管收音機(jī)。

由于波形的兩半重疊，因此在交叉區(qū)域存在很小的失真。為了減少這種信號(hào)失真，設(shè)計(jì)了AB類放大器。

AB類功率放大器

AB類放大器是A類和B類放大器的組合。此類放大器旨在減少A類放大器效率較低的問(wèn)題以及B類放大器交叉區(qū)域的信號(hào)失真。

它可以像A類放大器一樣保持高頻響應(yīng)，并像B類放大器一樣保持良好的效率。二極管和電阻器的組合用于提供很小的偏置電壓，從而減小了交叉區(qū)域附近的波形失真。因此，效率略有下降（60％）。

C類功率放大器

C類功率放大器的設(shè)計(jì)可實(shí)現(xiàn)更高的效率，但會(huì)降低線性度/傳導(dǎo)角（低于90°）。換句話說(shuō)，為了提高效率而犧牲了放大的質(zhì)量。

較小的導(dǎo)通角意味著更大的失真，因此此類放大器不適用于音頻放大。它們用于高頻振蕩器和射頻信號(hào)的放大。

C類放大器通常包含一個(gè)經(jīng)過(guò)調(diào)諧的負(fù)載，該負(fù)載對(duì)特定頻率的輸入信號(hào)進(jìn)行濾波和放大，而其他頻率的波形則被抑制。

在這種類型的功率放大器中，有源元件僅在輸入電壓高于某個(gè)閾值時(shí)才導(dǎo)通，從而降低了功耗并提高了效率。

其他功率放大器類

功率放大器D，E，F(xiàn)，G等用于放大PWM調(diào)制的數(shù)字信號(hào)。它們屬于開(kāi)關(guān)功率放大器的類別，可將輸出不斷地打開(kāi)或關(guān)閉，而其間沒(méi)有任何其他電平。

由于這種簡(jiǎn)單性，屬于上述類別的功率放大器可以達(dá)到高達(dá)（90-100）％的理論效率。

應(yīng)用領(lǐng)域

以下是功率放大器在不同領(lǐng)域的應(yīng)用：

• 消費(fèi)類電子產(chǎn)品：音頻功率放大器幾乎用在所有消費(fèi)類電子設(shè)備中，從微波爐，耳機(jī)驅(qū)動(dòng)器，電視，移動(dòng)電話和家庭影院系統(tǒng)到劇院和音樂(lè)會(huì)增強(qiáng)系統(tǒng)。
• 工業(yè)：開(kāi)關(guān)型功率放大器用于控制大多數(shù)工業(yè)執(zhí)行器系統(tǒng)，例如伺服器和直流電動(dòng)機(jī)。
• 無(wú)線通信：高功率放大器對(duì)于向用戶傳輸蜂窩或FM廣播信號(hào)非常重要。由于功率放大器，更高的功率水平成為可能，從而提高了數(shù)據(jù)傳輸速率和可用性。它們還用于衛(wèi)星通信設(shè)備中。

結(jié)論

快速介紹功率放大器的概念。您了解了什么是功率放大器及其需求，不同類型和類別的功率放大器，以及幾種應(yīng)用。