这一章在干嘛?

前面章节的放大器只负责「小信号」,这一章让信号有 驱动负载的力气 (音箱、电机、天线)。核心矛盾是效率与失真:甲类最线性但最费电,乙类省电却交越失真,甲乙类是折中方案。还要学散热计算——功率管不是烧在电上,而是烧在温度上。

12.1 放大器的「工种」分类

12.2 甲类放大:最老实也最费电

12.3 乙类推挽:效率翻倍

12.4 失真、散热与 D 类

12.1 放大器的「工种」分类

按导通角分类:甲类(360° 全程导通)、乙类(180° 半周导通)、甲乙类(略多于 180°)、丙类(<180°,射频专用):

原书图 12.1 原书图 12.1:各工作类别的导通情况示意

甲类理论最高效率 25%(串馈)/ 50%(变压器耦合);乙类最高 78.5%;丙类可超 90% 但失真大

12.2 甲类放大:最老实也最费电

串馈甲类:Q 点设在负载线中点,全程导通、失真最小,但静态电流一直消耗功率:

原书图 12.3 原书图 12.3:甲类负载线:Q 点居中,正负半周都有摆动余地

原书图 12.28 原书图 12.28:串馈甲类功率放大器

变压器耦合版把效率提到 50%,利用变压器的交流负载线斜率更陡:

原书图 12.6 原书图 12.6:变压器耦合甲类功放

原书图 12.8 原书图 12.8:变压器耦合的交流负载线:摆幅更大

为什么甲类费电?

没信号时管子也在流大电流(静态功耗 I CQ ·V CC ),这些电全变成了热。音质发烧友偏爱甲类,理由是「无交越失真」——代价是电费和散热。

12.3 乙类推挽:效率翻倍

推挽(Push-Pull):两颗管子分工,一个放大正半周、一个放大负半周,轮流上班:

原书图 12.12 原书图 12.12:推挽工作框图:两路半周信号在负载上合成完整波形

原书图 12.16 原书图 12.16:互补对称推挽:NPN 管正半周、PNP 管负半周

大电流场合用达林顿组合提高 β:

原书图 12.17 原书图 12.17:达林顿互补推挽:β≈β1·β2,驱动电流更省

交越失真:

乙类两管在 0.7 V 门槛附近都「罢工」,输出在过零处出现台阶。解决办法:给两管加一点点偏置(约 2×0.7 V),让它们微导通——这就是 甲乙类 ,实际功放几乎都这么干。

12.4 失真、散热与 D 类

谐波失真:大信号摆动进入非线性区,输出多出 2f、3f 等谐波成分,用 THD 衡量:

原书图 12.26 原书图 12.26:二次谐波失真:波形不对称时出现偶次谐波

热设计是生死线:Tj = TA + PD×θJA,热阻 θ 像电阻一样串联相加。功率管必须装散热器:

原书图 12.22 原书图 12.22:常见功率散热器:齿越密、面积越大,热阻越小

D 类(开关功放):管子只在全开/全关间切换,效率可达 90%+,靠 PWM + 低通滤波还原音频,是现代功放主流:

原书图 12.27 原书图 12.27:D 类功放框图:调制 → 开关放大 → 低通滤波

速记:

甲类=音质党(效率 25%),甲乙类=通用款(效率 50~70%),D 类=效率党(90%+)。发热 = 效率的反面,效率每差一点,散热就多一分。