放大器及其分類

放大器是放大電信號(hào)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(jī)）和電子管（膽機(jī)）放大器兩類。 
 
功率放大器，簡(jiǎn)稱功放，用于增強(qiáng)信號(hào)功率以驅(qū)動(dòng)音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號(hào)源選擇、音量控制等附屬功能的功率放大器稱為后級(jí)。 
前置放大器 ，功放之前的預(yù)放大和控制部分，用于增強(qiáng)信號(hào)的電壓幅度，提供輸入信號(hào)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(jí)。  

前置放大器的作用是將激光唱機(jī)、電唱盤、磁帶卡座、調(diào)諧器等送來(lái)的信號(hào)進(jìn)行各種處理與放大，以便為功率放大器準(zhǔn)備適宜的電信號(hào)，同時(shí)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(lái)的信號(hào)，放大到足夠推動(dòng)相應(yīng)揚(yáng)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(jí)輸出電路形式來(lái)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(chǎng)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(hào)時(shí)的信號(hào)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(hào)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(shí)放大信號(hào)的正、負(fù)半周。在功率放大器電路中，功放輸出級(jí)中的信號(hào)幅度已經(jīng)很大，如果仍然讓信號(hào)的正、負(fù)半周同時(shí)用一只三極管來(lái)放大，這種電路稱之為甲類放大器。 

    在功放輸出級(jí)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(hào)正、負(fù)半周有相同的線性范圍，這樣當(dāng)信號(hào)幅度太大時(shí)(超出放大管的線性區(qū)域)，信號(hào)的正半周進(jìn)入三極管飽和區(qū)而被削頂，信號(hào)的負(fù)半周進(jìn)入截止區(qū)而被削頂，此時(shí)對(duì)信號(hào)正半周與負(fù)半周的削頂量是相同的。甲類放大器電路的主要特點(diǎn)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(hào)的正、負(fù)半周用一只三極管來(lái)放大，信號(hào)的非線性失真很小，這是甲類功率放大器的主要優(yōu)點(diǎn)。 
    (b).信號(hào)的正、負(fù)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(hào)時(shí)對(duì)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(duì)稱的三極管來(lái)分別放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周，正、負(fù)半周再在放大器的負(fù)載上將正、負(fù)半周信號(hào)合成一個(gè)完整的周期信號(hào)。 
    由于這種放大器沒有給功放輸出管加入靜態(tài)電流，它會(huì)產(chǎn)生交越失真，這種失真是非線性失真的一種，對(duì)聲音的音質(zhì)破壞嚴(yán)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(hào)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(hào)“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(hào)不失真。甲乙類放大器電路的主要特點(diǎn)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(hào)的正、負(fù)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(jìn)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(hào)時(shí)放大器對(duì)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(diǎn)，同時(shí)因加入的偏置電流克服了三極管的截止區(qū)，對(duì)信號(hào)不存在失真，又具有甲類放大器無(wú)非線性失真的優(yōu)點(diǎn)。所以，甲乙放大器具有甲類和乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)克服了這兩種放大器的缺點(diǎn)。正是由于甲乙類放大器無(wú)交越失真，又具有輸出功率大和省電的優(yōu)點(diǎn)，所以被廣泛地應(yīng)用于音頻功率放大器電路中。 
    當(dāng)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(shí)，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(jí)放大器電路，兩只三極管分別放大輸入信號(hào)的正半周和負(fù)半周，即用一只三極管放大信號(hào)的正半周，用另一只三極管放大信號(hào)的負(fù)半周，兩只三極管輸出的半周信號(hào)在放大器負(fù)載上合并后得到一個(gè)完整周期的輸出信號(hào)。 
    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(shí)，另一只三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)輸入信號(hào)變化到另一個(gè)半周后，原先導(dǎo)通、放大的三極管進(jìn)入截止，而原先截止的三極管進(jìn)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(bǔ)推挽放大器 
    互補(bǔ)是通過(guò)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(gè)信號(hào)來(lái)激勵(lì)兩只不同極性的三極管，這樣可以不需要有兩個(gè)大小相等、相位相反的激勵(lì)信號(hào)。其互補(bǔ)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(gè)音頻輸入信號(hào)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(hào)電壓對(duì)兩管而言一個(gè)是正向偏置，一個(gè)是反向偏置。當(dāng)輸入信號(hào)為正半周時(shí)，兩管基極同時(shí)電壓升高，此時(shí)輸入信號(hào)電壓給VT1管加上正向偏置電壓，所以VT1管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)。由于基極電壓升高，對(duì)VT2管來(lái)講加上反向偏置電壓，所以VT2管處于截止?fàn)顟B(tài)。 

    輸入信號(hào)變化到負(fù)半周后，兩管基極同時(shí)電壓下降，給VT2管正向偏置，使VT2管進(jìn)入導(dǎo)通和放大狀態(tài)，而VT1管又進(jìn)入截止?fàn)顟B(tài)。 

    這種利用NPN型和PNP型三極管的互補(bǔ)特性，用一個(gè)信號(hào)來(lái)同時(shí)激勵(lì)兩只三極管的電路，稱之為“互補(bǔ)”電路，由互補(bǔ)電路構(gòu)成的放大器稱為互補(bǔ)放大器電路。由于VT1和VT2管工作時(shí)，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(bǔ)推挽放大器。 

運(yùn)算放大器是運(yùn)用得非常廣泛的一種線性集成電路。而且種類繁多，在運(yùn)用方面不但可對(duì)微弱信號(hào)進(jìn)行放大，還可做為反相、電壓 跟隨器，可對(duì)電信號(hào)做加減法運(yùn)算，所以被稱為運(yùn)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(jí)放大、 緩沖，耳機(jī)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(yùn)算放大器。而有時(shí)候還會(huì)用到穩(wěn)壓電路上，制作高精度的穩(wěn)壓濾波電路。 

長(zhǎng)期以來(lái)，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(guò)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(shí)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(jì)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(duì)此有所了解，這里僅就筆者所知的各種類別 的放大器簡(jiǎn)介如下。不過(guò)需要指出，就目前來(lái)說(shuō)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(guò)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(dòng)態(tài)范圍控制得當(dāng)，僅從失真的角度來(lái)看，可認(rèn)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(gè)射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負(fù)載下有足夠的電流流過(guò)，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)突然地耗盡輸出電流，如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定值，放大器會(huì)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(yán)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(gè)單獨(dú)的射極跟隨器，并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負(fù)載，以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級(jí)時(shí)，需要在開始設(shè)計(jì)之前就把所要驅(qū)動(dòng)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(shí)間為50％的一種工作類別。這類放大器可以說(shuō)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(xì)介紹。 
　　三、AB類[甲乙類)放大器 
　　AB類(甲乙類)放大器，實(shí)際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)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(jì)，然后增加偏置電流，使放大器進(jìn)入AB類(甲乙類)。 
　　AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時(shí)，兩個(gè)輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于A類(甲類)；當(dāng)電平增高時(shí)，兩個(gè)器件將完全截止，而另一個(gè)器件將供給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態(tài)開始時(shí)，失真將會(huì)突然上升，其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。不過(guò)筆者認(rèn)為，它的正當(dāng)使用在于它對(duì)A類(甲類)的補(bǔ)充，且當(dāng)面向低負(fù)載阻抗時(shí)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(shí)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(shí)例。 

　　五、D類(丁類)放大器
　　這類放大器，其特點(diǎn)是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通，其頻率超過(guò)音頻，可控制信號(hào)的占空比以使它的平均值能代表音頻信號(hào)的瞬時(shí)電平，這種情況被稱為脈寬調(diào)制(PWM)，其效率在理論上來(lái)說(shuō)是很高的。但是，實(shí)際困難還是非常大的，因?yàn)?00kHz的高功率方波是不是好的出發(fā)點(diǎn)尚不清楚；從失真的角度來(lái)看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個(gè)陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚(yáng)聲 器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個(gè)電感(考慮立體聲)， 成本自然不會(huì)低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對(duì)某一特定負(fù)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(gè)極端聰明的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用，它在幾乎所有工作時(shí)間內(nèi)，通過(guò)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(bǔ)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(duì)于小的輸出信號(hào)，它的供電電流來(lái)自低電壓源；而對(duì)于‘大信號(hào)’，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(jìn)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(shí)轉(zhuǎn)換干凈利落的技術(shù)難點(diǎn)，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(duì)轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，將會(huì)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(diǎn)在于動(dòng)態(tài)地提升單供 電電壓(不用轉(zhuǎn)換到另一個(gè)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(gè)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(fù)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(dāng)視頻傳輸距離比較遠(yuǎn)時(shí)，最好采用線徑較粗的視頻線，同時(shí)可以在線路內(nèi)增加視頻放大器增強(qiáng)信號(hào)強(qiáng)度達(dá)到遠(yuǎn)距離傳輸目的。視頻放大器可以增強(qiáng)視頻的亮度、色度和同步信號(hào)，但線路內(nèi)干擾信號(hào)也會(huì)被放大，。另外，回路中不能串接太多視頻放大器，否則會(huì)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?yàn)榇判居休^大的磁導(dǎo)率，可以增加線圈中的磁通，但對(duì)磁放大器來(lái)說(shuō)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(diǎn)。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(gè)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(lái)工作及控制電流的。對(duì)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(diǎn)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(dá)到飽和開關(guān)就接通，電流即開始輸出。這個(gè)結(jié)果是基于扼流線圈在進(jìn)入飽和條件時(shí)它的阻抗|Z|要經(jīng)過(guò)3 4 個(gè)數(shù)量級(jí)的快速變化這一特點(diǎn)。 
當(dāng)外加電壓為u(t)=Umsinwt 時(shí)，磁芯中的磁感應(yīng)強(qiáng)度將按B=-(Um /wNAe)cos