A、B、AB、D类音频功率放大器

D类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier）

近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出(注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二)，只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及。

音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比)如表一所示:

偏压分类A类AB类B类D类

理想效率25% 介于A与B类之间78.5% 100%

表一各類功率放大器的效率比

随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90%以上远超过效率50%的AB类放大。所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。

圖 1 D類及AB 類效率比較

A类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作，如图2所示，以求放大后的信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益”（Power Efficiency）低，最大只有25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率，极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。

图1

图2(a)、(b)皆属A类放大器，设计时让V CE=1/2V CC，以求最大不失真范围。注意到V i 不输入时仍有0.5V CC/R L的电流流过晶体管，所以晶体管需要良好的散热环境。由于“共集极”组态（图2(a) Common Collector组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共射极”组态（图2(b) Common Emitter组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低的输出组抗，因此，同属于A类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射级”组态较常被当成“驱动级”使用）。

a

b

图2 A类放大器图3 变压器耦合A类放大器

图4 变压器耦合A类放大器的直流负载特性

B类功率放大器（乙类功率放大器）是工作点在特性线极端处的一种放大器，如图1所示。当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。所以，若将上图的左图V BB拿掉，则根据定义，这种零偏压的电路就是一种B类放大器。然而，由于它的静态点在（V CC，0）处，因此，对于一个正弦波输入信号，它的输出端波形只剩半个周期是可以预期的。

图1 B类功率放大器电路图

解决上述问题的方法，是将另一半周期的信号以一PNP型BJT与原射级跟随器相接，形成所谓的“互补式射级跟随器”(Complementary Emitter Follower)，又称为“B 类推挽式放大器”（Class B Push-Pull Amplifier），如图1所示。其动作原理，在V i的正半周其间，Q1导通且Q2截止，所以，形成图2的输出端正半周正弦波；同理，当V i为负半周时，Q1截止而Q2导通，结果形成输出端负半周正弦波，如图2虚线部分所示。

图2 B类功率放大器特性图

由于B类推挽式放大器在无输入信号时不消耗功率，因此它较A类放大器有更高的最大功率效益（可达78%）。然而，由于推挽式放大器的信号振幅范围有一段是在特性线的非线性区域上，因此导致严重的失真，如2所示，这种失真我们称它做“交越失真”（Cross-Over Distortion）。为了改善这种情形，所以有了AB类放大器，见下篇。

图3 B类双端推挽放大器

图4 交流信号输入示意图

图5 集极电流的变化情形

AB类功率放大器（又称-甲乙类功率放大器）（Class AB Amplifier）

前面提到的B类推挽式放大器的交越失真，是由于信号大小在-0.6V

图1 AB类放大器

AB类放大器所产生的失真虽然比B类放大器小，但这项改进所付出的代价是待命功率的浪费及功率效率的损失。

G类放大器一般用于高频电路，这里不再敷述。

图2(a) B类放大器的交越失真图2(b) AB类放大器消除交越失真的情形

图3 变压器耦合AB类推挽放大器

图4 AB类放大器对于交叉失真的改善情形

各种类型放大器优缺点比较：

A类放大器B类放大器AB类放大器C类放大器

工作点位置负载线中点负载线截止点负载线中点与截止

点之间

负载线截止点以下

的区域

导通角度θ=360°θ=180°180°＜θ＜360°0°＜θ＜180°

失真度失真最小失真度略高于AB

类，有交叉失真

可消除交叉失真

失真度最大，有截波

失真

功率转移效率效率最低，在50%

以下

效率约为50%至

78.5%

效率略低于B类

效率最高，在85%

以上

主要用途失真度低的小功率

放大器

大功率放大器一般的音响扩大机射频电路与倍频器

三极管Hi-Fi放大器的功率级大部分使用B类SEPP.OTL功率放大电路。因为B 类放大电路功率较高，最高达78.5%，除非是发烧级的音响，为求完美的不失真才会用A类。就三极管的散热以及电源电路的容量，B类都比A类好很多。 PP 电路中虽然有输出电路产生的偶次高谐波可互相抵销的优点，但实际上，主放大器推动PP电路中的A类驱动级就会产生二次高谐波，因此高谐波还是很多。不过，B类PP电路为减少交叉失真，须特别注意偏压的稳定。以下介绍几个代表性的B类SEPP.OTL电路

图a 半对称互补OTL放大电路

图b 全对称互补OTL放大电路