助力通关硬件开发基础面专刊<18/30>--第四章 放大器---功率放大器
4.1.10功率放大器主要指标及类型
【考点映射】
》》》功率放大电路的主要指标是哪两个？
》》》电流放大、电压放大电路与功率放大电路有什么区别？
》》》功率放大器有哪些工作状态？【出现频度】⭐⭐⭐⭐
【难度】★★
【参考答案】
功率放大电路：可以对负载输出足够的信号功率的放大电路。
其原则：在供电电压一定的情况下，尽可能输出大的不失真的信号和尽可能高的转换效率。
功率放大电路主要指标
1、最大输出功率
输出功率是交流功率，Po= Io*Uo；其为功率放大电路输出给负载的信号功率。
最大输出功率：在电路一定的条件下，负载可能获得的最大交流功率。
2、转换效率
转换效率为功率放大电路的最大输出功率和电源所提供的功率之比。
电源功率为电源输出电流平均值及其电压之积。
在一定的输出功率下,减小电源的功耗,就可以提高电路的效率。
功率放大电路与电压放大电路、电流放大电路的区别
在能量控制和转换的方面进行分析,功率放大与其它放大电路在本质上没有根本的区别;
共同点在于：都使输出功率大于信号源提供的输入功率。
功放不只是追求输出高电压或者输出大电流，而是追求，在电源电压确定的情况下，输出尽可能大的功率。
区别在于：功放比后两者效率高。且在电源电压相同的情况下，功放比后两者的输出功率大 ； 功率放大电流的工作状态
功率放大器根据功放管工作状态的不同，可以分为A、B、AB、和D类功放。如下图：
1、A类功放即甲类功放，其导通角为360度，一直有电流经过，可以做到无失真输出原始信号，是线性特性最好的功放。
缺点：由于其一直处于工作状态，效率极低，效率理论上最高50%，通常只有20-30%。
2、B 类功放即乙类功放，其导通角为 180 度，功放管只工作半个周期，因此，只能放大半个周期信号。
在这种情况下，通常采用两个功放管对正、负半周的信号分别放大，然后进行合并。效率比较高。
缺点：由于功放管存在截止区，输入信号小会使功放管没有输出，产生交越失真。
3、AB 类功放即甲乙类功放，可以比较好的解决B类功放存在的问题。其导通角处于180度-360度之间，使其可以消除B类功放的交越失真现象。
缺点：没有信号输入时，也存在微小电流，使其损耗增大。
4、D 类功放即丁类功放，又称数字功放。其功放管处于开关状态，在极短的时间内导通或者截止，产生的损耗很小，转换效率非常高。
缺点：功放管处于开关模式，增大了信号的失真。
4.1.11D类功率放大器的拓扑
【考点映射】
》》》D类放大器效率为什么比较高？
》》》D类放大器的包含哪些电路结构？
》》》能讲述下D类放大器的工作原理吗？
【出现频度】⭐⭐【难度】★★
【参考答案】
D类功率放大器高效率的原因
由上节我们可以得知，线性音频放大器（A类、B类和AB类等）功耗高，原因之一在于其导通角，其在一个信号周期内的导通时间过长，从而增大了管子的平均消耗功率。
而要减小功放管的功耗，可以使功放管处于开关状态，即D类功率放大器
当功放管处于饱和导通时，由于管压降很小，此时电流大小作用不大，管子的瞬时功率很小。
当功放管处于截止断开时，由于电阻非常大，此时就算有电流（漏电流），也非常小，此时压降作用不大，管子的瞬时功率很小。
因此，D类功率放大器的效率必然很高，功耗主要来自功放管导通阻抗和开关损耗。
D类放大器结构及原理
D类放大器的最基本的拓扑结构主要包括：三角波(或锯齿波)振荡器、脉宽调制器、两个输出MOSFET（功放管）、低通滤波器。如下图所示
工作原理：其本质为输入音频信号对输出方波进行PWM调制（脉宽调制）。
输入信号（通常为音频信号）与内部的信号振荡器产生的三角波（锯齿波）进行比较，然后输出PWM信号；
紧接着，PWM波信号再输入到功放管中，进行放大，输出一个高频方波。
输出方波信号的占空比与输入信号电平成正比。
最后输入到低通滤波器（LC滤波器）中，从PWM波形恢复出被放大后的音频信号。
而且，低通滤波器还可以减少高频开关能量在阻性负载上的耗散。
