A类功率放大器

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我们已经了解了晶体管偏置的细节，这对于晶体管作为放大器的运行非常重要。因此，为了实现精确的放大，必须对晶体管进行偏置，使其在线性区域工作。

A类功率放大器是指输出电流在交流输入电源的整个周期内都流动的放大器。因此，输入端存在的完整信号会在输出端被放大。下图显示了A类功率放大器的电路图。

从上图可以看出，变压器作为负载存在于集电极。使用变压器可以进行阻抗匹配，从而将最大功率传输到负载，例如扬声器。

该放大器的操作点位于线性区域。它的选择是为了保证电流在整个交流输入周期内流动。下图解释了操作点的选择。

上图显示了带有工作点Q的输出特性。这里(I_c)_Q和(V_ce)_Q分别表示无信号时的集电极电流和集电极与发射极之间的电压。当施加信号时，Q点移至Q₁和Q₂。输出电流增加到(I_c)_max，并减小到(I_c)_min。类似地，集电极-发射极电压增加到(V_ce)_max，并减小到(V_ce)_min。

从集电极电池V_cc汲取的直流功率由下式给出：

$$P_{in} = 电压 × 电流 = V_{CC}(I_C)_Q$$

此功率用于以下两部分：

• 在集电极负载中以热的形式耗散的功率由下式给出：

$$P_{RC} = (电流)^2 × 电阻 = (I_C)^2_Q R_C$$

• 提供给晶体管的功率由下式给出：

$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$

当施加信号时，提供给晶体管的功率用于以下两部分：

• 在负载电阻RC上产生的交流功率，构成交流功率输出。

  $$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$

  其中I是通过负载的交流输出电流的有效值，V是交流电压的有效值，V_m是V的最大值。

• 晶体管（集电极区域）以热的形式耗散的直流功率，即(P_C)_dc

我们在下图中表示了整个功率流。

这种A类功率放大器可以以最小的失真放大小信号，并且输出将是输入的精确复制品，只是强度增加了。

现在让我们尝试推导一些表达式来表示效率。

总效率

放大器电路的总效率由下式给出：

$$(\eta)_{overall} = \frac{提供给负载的交流功率}{直流电源提供的总功率}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

集电极效率

晶体管的集电极效率定义为：

$$(\eta)_{collector} = \frac{平均交流功率输出}{提供给晶体管的平均直流功率输入}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$

总效率表达式

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$

$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$

$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$

因此

$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$

A类放大器的优点

A类功率放大器的优点如下：

• 电流在整个输入周期内流动
• 它可以放大小信号
• 输出与输入相同
• 没有失真

A类放大器的缺点

A类功率放大器的优点如下：

• 低功率输出
• 低集电极效率