放大器及其分類

放大器是放大電信號的裝置。放大器是前置放大器和功率放大器的統(tǒng)稱。一般的放大器可分為晶體管（石機）和電子管（膽機）放大器兩類。 
 
功率放大器，簡稱功放，用于增強信號功率以驅(qū)動音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號源選擇、音量控制等附屬功能的功率放大器稱為后級。 
前置放大器 ，功放之前的預(yù)放大和控制部分，用于增強信號的電壓幅度，提供輸入信號選擇，音調(diào)調(diào)整和音量控制等功能。前置放大器也稱為前級。  

前置放大器的作用是將激光唱機、電唱盤、磁帶卡座、調(diào)諧器等送來的信號進行各種處理與放大，以便為功率放大器準備適宜的電信號，同時它可具有音量調(diào)節(jié)、音調(diào)調(diào)節(jié)等功能。功率放大器的作用是將前置放大器送來的信號，放大到足夠推動相應(yīng)揚聲器所需的功率。

1．功率放大器的分類 

    功率放大器電路的劃分主要是由功放級輸出電路形式來決定，常見的音頻功率放大器主要有下列幾種： 

    (a).變壓器耦合甲類放大器電路主要用于電子管放大器中； 
    (b).變壓器耦合推挽功率放大器電路主要用于一些輸出功率較大的電子管放大器中； 
    (c).OTL功率放大器電路主要用于一些輸出功率較小的放大器中； 
    (d)OCL功率放大器是一種常用的放大器電路，常用于一些輸出功率要求較大的功率放大器中； 
    (e)BTL功率放大器電路主要用于一些要求輸出功率更大的場合。 
    OTL、OCL和BTL功率放大器電路主要用于晶體管放大器中。 

    2．功率放大器的類型 

    根據(jù)三極管在放大信號時的信號工作狀態(tài)和三極管靜態(tài)電流大小劃分，放大器電路主要有3種放大器類型：一是甲類放大器電路，二是乙類放大器電路，三是甲乙類放大器電路。 

    除上述三種放大器電路之外，還有超甲類等許多種放大器電路。音響系統(tǒng)中由于不允許存在信號的非線性失真，所以只用甲類放大器電路和甲乙類放大器電路。 

    (1).甲類放大器 
    甲類放大器就是給放大管加入合適的靜態(tài)偏置電流，這樣用一只三極管同時放大信號的正、負半周。在功率放大器電路中，功放輸出級中的信號幅度已經(jīng)很大，如果仍然讓信號的正、負半周同時用一只三極管來放大，這種電路稱之為甲類放大器。 

    在功放輸出級放大器電路中，甲類放大器的功放管靜態(tài)工作電流設(shè)得比較大，要設(shè)在放大區(qū)的中間，以便給信號正、負半周有相同的線性范圍，這樣當信號幅度太大時(超出放大管的線性區(qū)域)，信號的正半周進入三極管飽和區(qū)而被削頂，信號的負半周進入截止區(qū)而被削頂，此時對信號正半周與負半周的削頂量是相同的。甲類放大器電路的主要特點如下所述： 
    (a).在音響系統(tǒng)中，甲類功率放大器的音質(zhì)最好。由于信號的正、負半周用一只三極管來放大，信號的非線性失真很小，這是甲類功率放大器的主要優(yōu)點。 
    (b).信號的正、負半周用同一只三極管放大，使放大器的輸出功率受到了限制，即一般情況下甲類放大器的輸出功率不可能做得很大。 
    功率三極管的靜態(tài)工作電流比較大，在沒有輸入信號時對直流電源的消耗比較大。 

    (2).乙類放大器 
    所謂乙類放大器就是不給三極管加靜態(tài)偏置電流，且用兩只性能對稱的三極管來分別放大信號的正半周和負半周，正、負半周再在放大器的負載上將正、負半周信號合成一個完整的周期信號。 
    由于這種放大器沒有給功放輸出管加入靜態(tài)電流，它會產(chǎn)生交越失真，這種失真是非線性失真的一種，對聲音的音質(zhì)破壞嚴重。所以，乙類放大器電路是不能用于音頻放大器電路中的。 

    (3).甲乙類放大器 
    為了克服交越失真，必須使輸入信號避開三極管的截止區(qū)，可以給三極管加入很小的靜態(tài)偏置電流，以使輸入信號“騎”在很小的靜態(tài)偏置電流上，這樣可以避開了三極管的截止區(qū)，使輸出信號不失真。甲乙類放大器電路的主要特點如下-所述： 
    (a).這種放大器同乙類放大器電路一樣，也是用兩只三極管分別放大輸入信號的正、負半周，但給兩只三極管加入了很小的靜態(tài)偏置電流，以使三極管剛剛進入放大區(qū)。 
    (b).由于給三極管所加的靜態(tài)直流偏置電流很小，所以在沒有輸入信號時放大器對直流電源的消耗比較小(比起甲類放大器要小得多)，這樣具有乙類放大器的省電優(yōu)點，同時因加入的偏置電流克服了三極管的截止區(qū)，對信號不存在失真，又具有甲類放大器無非線性失真的優(yōu)點。所以，甲乙放大器具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點，同時克服了這兩種放大器的缺點。正是由于甲乙類放大器無交越失真，又具有輸出功率大和省電的優(yōu)點，所以被廣泛地應(yīng)用于音頻功率放大器電路中。 
    當這種放大電路中的三極管靜態(tài)直流偏置電流太小或沒有時，就成了乙類放大器，將產(chǎn)生交越失真。 

    (4).推挽放大器 
    在功率放大器電路中大量采用推挽放大器電路，這種電路中用兩只三極管構(gòu)成一級放大器電路，兩只三極管分別放大輸入信號的正半周和負半周，即用一只三極管放大信號的正半周，用另一只三極管放大信號的負半周，兩只三極管輸出的半周信號在放大器負載上合并后得到一個完整周期的輸出信號。 
    推挽放大器電路中，一只三極管工作在導(dǎo)通、放大狀態(tài)時，另一只三極管處于截止狀態(tài)，當輸入信號變化到另一個半周后，原先導(dǎo)通、放大的三極管進入截止，而原先截止的三極管進入導(dǎo)通、放大狀態(tài)，兩只三極管在不斷地交替導(dǎo)通放大和截止變化，所以稱為推挽放大器。 

    (5).互補推挽放大器 
    互補是通過采用兩種不同極性的三極管，利用不同極性三極管的輸入極性不同，用一個信號來激勵兩只不同極性的三極管，這樣可以不需要有兩個大小相等、相位相反的激勵信號。其互補推挽電路示意圖，如圖4-9所示。電路中，VT1是NPN型三極管，VT2是PNP型三極管，兩只三極管的基極相連，在兩管的基極加一個音頻輸入信號Vi。 

    從電路中可看出，兩管基極和發(fā)射極并聯(lián)，由于兩只三極管的極性不同，基極上的輸入信號電壓對兩管而言一個是正向偏置，一個是反向偏置。當輸入信號為正半周時，兩管基極同時電壓升高，此時輸入信號電壓給VT1管加上正向偏置電壓，所以VT1管進入導(dǎo)通和放大狀態(tài)。由于基極電壓升高，對VT2管來講加上反向偏置電壓，所以VT2管處于截止狀態(tài)。 

    輸入信號變化到負半周后，兩管基極同時電壓下降，給VT2管正向偏置，使VT2管進入導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而VT1管又進入截止狀態(tài)。 

    這種利用NPN型和PNP型三極管的互補特性，用一個信號來同時激勵兩只三極管的電路，稱之為“互補”電路，由互補電路構(gòu)成的放大器稱為互補放大器電路。由于VT1和VT2管工作時，一只三極管導(dǎo)通、放大，另一只三極管截止，工作在推挽狀態(tài)，所以稱為互補推挽放大器。 

運算放大器是運用得非常廣泛的一種線性集成電路。而且種類繁多，在運用方面不但可對微弱信號進行放大，還可做為反相、電壓 跟隨器，可對電信號做加減法運算，所以被稱為運算放大器。不但其他地方應(yīng)用廣泛，在音響方面也使用得最多。例如前級放大、 緩沖，耳機放大器除了有部分使用分立元件，電子管外，絕大部分使用的還是集成運算放大器。而有時候還會用到穩(wěn)壓電路上，制作高精度的穩(wěn)壓濾波電路。 

長期以來，高品質(zhì)音頻放大器的工作類別，只限于A類(甲類)和AB類 (甲乙類)。其原因在于過去只有電子管這樣的器件，B類(乙類)電子管放 大器產(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時都難于被人們所接受。所有的自稱為高保真放大器均工作于推挽式的A類(甲類)。
　　隨著半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和發(fā)展，放大器的設(shè)計得到了更多的自由。就放大器的類別而言，已不限于A類(甲類)和AB類(甲乙類)，而出現(xiàn)了更多類別的放大器。為了使讀者對此有所了解，這里僅就筆者所知的各種類別 的放大器簡介如下。不過需要指出，就目前來說用于音頻功率放大器的工作類別，A類(甲類)、AB類(甲乙類)和B類(乙類)這三類放大器仍覆蓋著 半導(dǎo)體放大器的絕大多數(shù)。

　　一、A類(甲類)放大器 
　　A類(甲類)放大器，是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。 這種放大器，由于避免了器件開關(guān)所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動態(tài)范圍控制得當，僅從失真的角度來看，可認為它是一種良好的線性放大器。 A類放大器在結(jié)構(gòu)上，還有兩類不同的工作方式。其中一類是將兩個射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負載下有足夠的電流流過，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點是它不會突然地耗盡輸出電流，如果負載阻抗低于標定值，放大器會短期出現(xiàn)截止現(xiàn)象，在失真上可能略有增加，但不致出現(xiàn)直感上的嚴重缺陷。另一類可稱作為控制電流源型(VCIS)，它本質(zhì)上是一個單獨的射極跟隨器，并帶有一個有源發(fā)射極負載，以達到合適的電流泄放。這一類作為輸出級時，需要在開始設(shè)計之前就把所要驅(qū)動的阻抗是多低搞清楚。

　　二、B類(乙類)放大器 
　　B類(乙類)放大器，是指器件導(dǎo)通時間為50％的一種工作類別。這類放大器可以說是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99％ 是屬于這一類。由于大家比較熟悉，這里不作詳細介紹。 
　　三、AB類[甲乙類)放大器 
　　AB類(甲乙類)放大器，實際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結(jié)合，每個器件的導(dǎo)通時間在50—100％之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按B類(乙類)設(shè)計，然后增加偏置電流，使放大器進入AB類(甲乙類)。 
　　AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時，兩個輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于A類(甲類)；當電平增高時，兩個器件將完全截止，而另一個器件將供給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態(tài)開始時，失真將會突然上升，其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。不過筆者認為，它的正當使用在于它對A類(甲類)的補充，且當面向低負載阻抗時可繼續(xù)較好地工作。 

　　四、C類(丙類)放大器 
　　C類(丙類)放大器，是指器件導(dǎo)通時間小于50％的工作類別。這類放 大器，一般用于射頻放大，很難找到用于音頻放大的實例。 

　　五、D類(丁類)放大器
　　這類放大器，其特點是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通，其頻率超過音頻，可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時電平，這種情況被稱為脈寬調(diào)制(PWM)，其效率在理論上來說是很高的。但是，實際困難還是非常大的，因為200kHz的高功率方波是不是好的出發(fā)點尚不清楚；從失真的角度來看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚聲 器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個電感(考慮立體聲)， 成本自然不會低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對某一特定負載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)。 

　　六、E類(戊類)放大器 
　　這類放大器，是一個極端聰明的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用，它在幾乎所有工作時間內(nèi)，通過的電壓或電流是較小的，亦即功率耗散很低。遺憾的是，它僅用于射頻技術(shù)，而不用于音頻。 

　　七、F類(己類)放大器 
　　這類放大器，就筆者目前所知并不存在，似乎是需要補充的空缺。

　　八、G類(庚類)放大器
　　這類放大器，似乎與B類(乙類)或AB(甲乙類)的放大器有些類似。 對于小的輸出信號，它的供電電流來自低電壓源；而對于‘大信號’，供電將轉(zhuǎn)換到較高的電壓源。這樣，一定比B類(乙類)的效率更高。但是，這種改進似乎不能超越多路輸出器件的成本以及使開關(guān)二極管在高頻時轉(zhuǎn)換干凈利落的技術(shù)難點，以致使其使用不適合某些高功率的專業(yè)設(shè)備。此外，G類(庚類)放大器所產(chǎn)生的失真，大概要比相應(yīng)的B類(乙類)更大，但也有資料顯示，對轉(zhuǎn)換細節(jié)進行精心設(shè)計，將會使其差別較小。

　　九、H類[辛類)放大器
　　這類放大器，也似乎與B類(乙類)相似，其特點在于動態(tài)地提升單供 電電壓(不用轉(zhuǎn)換到另一個電壓源)，以提高效率，所采用的電路結(jié)構(gòu)是自舉電路。

　　十、S類放大器 
　　S類放大器，是由桑德曼博士命名的一種放大器。這類放大器，采用一個A類(甲類)放大電路，其電流能力非常有限，加上B類(乙類)放大電路作后備，在連接上使負載呈現(xiàn)為一較高的電阻。Tech-nicsSE-1000所采用的方法與此極為相似。

當視頻傳輸距離比較遠時，最好采用線徑較粗的視頻線，同時可以在線路內(nèi)增加視頻放大器增強信號強度達到遠距離傳輸目的。視頻放大器可以增強視頻的亮度、色度和同步信號，但線路內(nèi)干擾信號也會被放大，。另外，回路中不能串接太多視頻放大器，否則會出現(xiàn)飽和現(xiàn)象，導(dǎo)致圖像失真。  

磁放大器和其他磁性元件一樣，在它的線圈里總是裝有磁芯。因為磁芯有較大的磁導(dǎo)率，可以增加線圈中的磁通，但對磁放大器來說目的不是利用磁芯有較大的磁導(dǎo)率，而是利用其磁芯材料非線性這一特點。這種非線性越突出其作用也就越為明顯有效，磁放大器扼流圈的核心是一個由軟磁合金制成帶有矩形磁滯回線的環(huán)形磁芯。在大多數(shù)情況下只有一組線圈是用來工作及控制電流的。對于扼流線圈材料的規(guī)格要求是非常高的，除了低磁性反轉(zhuǎn)損耗（影響到熱聚集控制電流效率）以外以高頑磁（影響到控制范圍）為特點的矩形磁滯回線及好的飽和特性也是必須的。磁放大器的功能可以描述成類似開關(guān)晶體管的高速開關(guān)，矩形B－H回線與兩種工作狀態(tài)有關(guān)，只要扼流線圈一受磁開關(guān)就斷開，電流就不能輸出。一旦磁芯材料達到飽和開關(guān)就接通，電流即開始輸出。這個結(jié)果是基于扼流線圈在進入飽和條件時它的阻抗|Z|要經(jīng)過3 4 個數(shù)量級的快速變化這一特點。 
當外加電壓為u(t)=Umsinwt 時，磁芯中的磁感應(yīng)強度將按B=-(Um /wNAe)cos