A类功率放大器的概念及电路分析

众所周知，功率放大器电路用于提供高功率以驱动扬声器等负载，功率放大器一般共计工作模式进行分类，工作模式是输入周期的一部分，在该部分期间集电极电流预计会流动。而在此基础上，功率放大器可以分为以下几类：

• A类功率放大器
• B类功率放大器
• C类功率放大器
• AB类功率放大器
• D、E、G、S、T类功率放大器(开关功率放大器)

通常情况下，功率放大器(大信号)用于音频放大器系统的输出级以驱动扬声器负载。典型扬声器的阻抗介于4Ω和8Ω之间，因此功率放大器必须能够提供驱动低阻抗扬声器所需的高峰值电流。

在本文当中，小编简单来介绍下A类功率放大器的原理、电路图和应用特点。

A类功率放大器的概念

如果在输入信号的整个周期内集电极电流一直流过，则该功率放大器称为A类功率放大器，它较少用于更高功率的输出级，因为它的效率很差。

A类放大器偏置偏置的目的是通过使信号波形脱离晶体管输入特性为非线性的0v至0.6v区域，从而使放大器相对无噪声。

A类功率放大器的电路

A类放大器设计产生了良好的线性放大器，但放大器产生的大部分功率以热量的形式浪费掉了。由于A类放大器中的晶体管一直处于正向偏状态，即使没有输入信号，也很少有电流流过它们，这是其效率低下的主要原因。直接耦合A类功率放大器的电路图如下图所示：

上图所示的电路是一个直接耦合的A类放大器，使用变压器耦合负载到晶体管输出的放大器称为直接耦合放大器。使用变压器耦合技术，可以在很大程度上提高放大器的效率。耦合变压器在负载和输出之间提供了良好的阻抗匹配，这是提高效率的主要原因。

通常，电流流过集电极电阻负载，这会导致其中直流电源的浪费。结果，该直流电源以热量的形式消散在负载中，并且它不贡献任何输出交流电源。因此，不建议将电流直接通过输出设备(例如：扬声器)。

出于这个原因，通过使用合适的变压器将负载耦合到上述电路中的放大器来完成特殊操作。

另外，该电路具有分压电阻R1和R2、偏置和发射极旁路电阻Re，用于电路稳定。发射极旁路电容器CE和发射极电阻器Re并联以防止交流电压。输入电容器Cin(耦合电容器)用于将交流输入信号电压耦合到晶体管的基极，并阻止前一级的直流。

降压变压器具有合适的匝数比以将高阻抗集电极耦合到低阻抗负载。

A类放大器的阻抗匹配

阻抗匹配可以通过使放大器的输出阻抗等于负载的输入阻抗来实现，这是传输最大功率的一个重要原则(根据最大功率传输定理)。这里阻抗匹配可以通过选择初级的匝数使其净阻抗等于晶体管输出阻抗和选择次级的匝数使其净阻抗等于扬声器输入阻抗来实现。

A类功率放大器的输出特性

从下图中可以观察到Q点恰好位于交流负载线的中心，并且晶体管在输入波形中的每个点都导通。A类功率放大器的理论最大效率为50%。

在实际实践中，使用电容耦合和电感负载(扬声器)，效率可能会降低至25%，这意味着放大器从电源线汲取的75%的功率被浪费了。大部分浪费的功率以有源元件(晶体管)上的热量形式损失。因此，即使是中等功率的A类功率放大器也需要大电源和大散热器。

A类功率放大器的优缺点

A类放大器的优点包括以下几个方面内容：

由于输入信号的输出精确副本，它具有高保真度。

改善了高频响应，因为有源设备是全时开启的，即不需要时间来开启设备。

没有交叉失真，因为有源器件在输入信号的整个周期都导通。

单端配置可以在A类放大器中轻松实用地实现。

A类放大器的缺点包括以下几个方面内容：

由于大功率电源和散热片，A类放大器价格昂贵且体积庞大。

效率很差。

由于变压器耦合频率响应不是很好。

A类功率放大器的应用

A类放大器更适合户外音乐系统，因为晶体管可以再现整个音频波形而不会被切断。因此，声音非常清晰且更线性，也就是说，它包含的失真程度要低得多。

A类放大器通常很大很重，每瓦输出产生近 4-5瓦的热能。因此，它们运行非常热，需要大量通风，所以它们对于汽车来说根本不是理想，在家庭日常使用中也很少被接受。

总结

以上就是关于A类功率放大器原理、电路图和应用等相关内容，可以看出，由于效率低，而且耗能比较多，因而A类功率放大器在实际应用中并不多见。