电子技术——输出阶类型

电子技术——输出阶类型

输出阶作为放大器的最后一阶，其必须有较低的阻抗来保证较小的增益损失。作为放大器的最后一阶，输出阶需要处理大信号类型，因此小信号估计模型不适用于输出阶。尽管如此，输出阶的线性也非常重要。实际上， 总谐波失真THD 就是量化输出阶的线性性质的一个指标，他是所有输出谐波（不包括基波）的有效值和基波有效值的百分比。一个高保真度的音频系统应该具有较小的总谐波失真。

另外一个输出阶所面临的问题是如何使用有效的功率传输手段。这意味着在输出阶损失的功率应该尽量小。因为输出阶的耗散功率越大，说明发热越大，高温会损坏晶体管。另外一点，较高的功率转换效率对于便携式产品可以延长电池的使用时间或是减少散热系统可以降低产品的体积。

首先我们会介绍几种低高功率输出阶的配置。这里的高功率是指功率大于1W的，从1W的电话信号传输到几百W的音频功放系统。

根据放大器输出阶的集电极电流的波形，我们对输出阶类型分为不同的种类。对于输入一个相同的正弦波信号，下图是A类输出阶的集电极电流的波形：

我们发现，A类输出阶就是我们之前学过的偏置类型的放大器，例如CS和CE放大器，其需要一个偏置电流 $I_C$ ，输出信号在 $I_C$ 上摆动，因为其晶体管至始至终都是导通状态，因此我们说A类输出阶的导通角度是360度。

下图是一个B类输出阶的集电极电流的波形：

我们发现B类输出阶的偏置电流为零，因此理想情况导通角度是180度。之后我们会介绍，在另外一半周期中另外一个晶体管导通，现在缺失的波形由另外一个晶体管输出。

在A类和B类之间还存在一个AB类输出阶，AB类输出阶存在一个较小的偏置电流使得导通角度一般是大于180度小于360的，如图：

后我们会介绍，在另外一半周期中另外一个晶体管导通，现在缺失的波形由另外一个晶体管输出，并且在交叉的地方，两个晶体管均导通。

除了A类B类和AB类，还存在一个C类放大器，C类放大器的导通角度一般是小于180度，如图：

C类放大器一般只作为调谐放大器RF（例如收音机和老式电视机）使用，需要在后面串联一个LC电路进行带通滤波，恢复原来的波形。因此设计C类放大器是另外一个话题，本章不解释C类放大器的设计。

A类B类和AB类都是我们本章重点学习的输出阶，广泛应用于运算放大器和音频功放系统中。对于后者，AB类放大器是绝佳输出阶。一种AB类放大器的变种，称为G/H放大器，使用两种电压源（普通+30V，高压+70V）。高压源只在需要的时候开启——例如提供一个较短但却能量较大的鼓点。因为其高压源只在需要的时候开启，因此消耗的功率较小。同时AB类相较于A类B类而言具有更低的功率损耗。

另外一种类型是D类输出阶，称为开关放大器，集成了数字和模拟电路，他将晶体管作为开关管使用，因此具有最大的功率转换效率。