功率放大器是一种电子放大器,旨在增加给定输入信号的功率幅度。输入信号的功率增加到足以驱动扬声器、耳机、RF发射器等输出设备负载的电平。与电压/电流放大器不同,功率放大器被设计为直接驱动负载并用作最终模块在放大链中。
功率放大器的输入信号必须高于某个阈值。因此,不是直接将原始音频/RF信号传递到功率放大器,而是先使用电流/电压放大器对其进行预放大,并在进行必要的修改后将其作为输入发送到功率放大器。
音频功率放大器
射频功率放大器
直流功率放大器
它们大致分为两类。设计用于放大模拟信号的功率放大器属于A,B,AB或C类。设计用于放大脉宽调制(PWM)数字信号的功率放大器位于D,E,F等之下。
最常用的功率放大器是音频放大器电路中使用的功率放大器,它们属于A、B、AB或C类。因此,让我们详细了解一下它们。
A类功率放大器
模拟波形由正高点和负低点组成。在此类放大器中,整个输入波形都在放大过程中使用。
单个晶体管用于放大波形的正半部和负半部。这使它们的设计简单,并使A类放大器成为最常用的功率放大器类型。尽管此类功率放大器已被更好的设计所取代,但它们仍在业余爱好者中很受欢迎。
在此类放大器中,即使没有输入信号,有源元件(用于放大的电子组件,在这种情况下为晶体管)也一直处于使用状态。在正常配置的情况下,这会产生大量热量并将A类放大器的效率降低到25%,在变压器耦合配置的情况下,效率会降低到50%。
A类放大器的导通角(360度中用于放大的波形部分)为360°。因此,信号失真水平非常小,可以提供更好的高频性能。
B类功率放大器
一个晶体管放大波形的正一半,另一个晶体管放大波形的负一半。因此,每个有源器件导通波形的一半(180°),其中两个导通时将放大整个信号。
由于采用了两个晶体管设计,因此与A类放大器相比,B类放大器的效率有了很大提高。他们可以达到理论效率的75%左右。此类功率放大器用在电池供电的设备中,例如FM收音机和晶体管收音机。
由于波形的两半重叠,因此在交叉区域存在很小的失真。为了减少这种信号失真,设计了AB类放大器。
AB类功率放大器
它可以像A类放大器一样保持高频响应,并像B类放大器一样保持良好的效率。二极管和电阻器的组合用于提供很小的偏置电压,从而减小了交叉区域附近的波形失真。因此,效率略有下降(60%)。
C类功率放大器
较小的导通角意味着更大的失真,因此此类放大器不适用于音频放大。它们用于高频振荡器和射频信号的放大。
C类放大器通常包含一个经过调谐的负载,该负载对特定频率的输入信号进行滤波和放大,而其他频率的波形则被抑制。
在这种类型的功率放大器中,有源元件仅在输入电压高于某个阈值时才导通,从而降低了功耗并提高了效率。
其他功率放大器类
由于这种简单性,属于上述类别的功率放大器可以达到高达(90-100)%的理论效率。
应用领域
以下是功率放大器在不同领域的应用: