引言

音頻放大器將小信號的幅值提高至有用電平，同時(shí)保留小信號的細節，這稱(chēng)為線(xiàn)性度。放大器的線(xiàn)性度越好，輸出信號越能真實(shí)地表示輸入信號。

隨著(zhù)音頻市場(chǎng)對放大器性能需求的不斷變化，音頻放大器電路結構已經(jīng)取得了很大進(jìn)步。所以，設計者必須了解可選用的音頻放大器類(lèi)型及其特點(diǎn)。這是確保選擇最佳音頻放大器的唯一方法。本文中，我們介紹當今可用的各種音頻放大器的最重要特點(diǎn)：A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)、D類(lèi)、G類(lèi)、DG類(lèi)和H類(lèi)。

A類(lèi)放大器

最簡(jiǎn)單的音頻放大器為A類(lèi)放大器。A類(lèi)放大器具有導通的輸出晶體管(圖1)，與輸出信號波形無(wú)關(guān)。A類(lèi)音頻放大器的線(xiàn)性度最好，但效率較低。這類(lèi)放大器用于要求高線(xiàn)性度并且可用功率能滿(mǎn)足要求的應用。

圖1. A類(lèi)音頻放大器通常具有高線(xiàn)性度，但效率較低。

B類(lèi)放大器

B類(lèi)放大器采用推挽式放大器結構。B類(lèi)放大器的輸出采用正向和反向晶體管。為復現輸入信號，每個(gè)晶體管僅在信號波形的半周期(180°)期間導通(圖2)。這允許放大器在空閑時(shí)為零電流，因此比A類(lèi)放大器的效率高。

B類(lèi)放大器是一種折衷：效率提高，音頻質(zhì)量下降。這是因為存在一個(gè)交越點(diǎn)，兩個(gè)晶體管都從導通狀態(tài)跳變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。眾所周知，B類(lèi)音頻放大器在處理低電平信號時(shí)存在交越失真，不適合低功率應用。

圖2 .B類(lèi)音頻放大器中，輸出晶體管僅在信號波形的半周期(180°)期間導通。為放大整個(gè)信號，使用兩個(gè)晶體管，其中一個(gè)在正向輸出信號導通，另一個(gè)在負向輸出信號導通。

AB類(lèi)放大器

介于A(yíng)類(lèi)和B類(lèi)放大器結構之間的是AB音頻放大器。AB類(lèi)放大器具有A類(lèi)放大器結構的音質(zhì)，同時(shí)具有B類(lèi)放大器的效率。這種性能是采用以下方法實(shí)現的：將兩個(gè)晶體管偏置到導通接近于零的信號輸出，即B類(lèi)放大器開(kāi)始呈現非線(xiàn)性的點(diǎn)(圖3)。對于小信號，兩個(gè)晶體管均導通，作用相當于A(yíng)類(lèi)放大器；對于大信號偏移，每半個(gè)波形周期內只有一個(gè)晶體管導通，因此像B類(lèi)放大器一樣工作。

AB類(lèi)揚聲器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N，典型效率高達65%，使其成為高保真揚聲器驅動(dòng)器的理想選擇。MAX98309和MAX98310等AB類(lèi)放大器被廣泛用于便攜式媒體播放器、數碼相機、平板電腦和電子書(shū)閱讀器等必須保證高保真的設備。有些耳機放大器采用BTL配置的AB類(lèi)放大器結構。例如，MAX97220A耳機放大器在整個(gè)音頻頻率內具有優(yōu)異的低THD+N性能，同時(shí)輸出高達125mW的功率。MAX97220A是當今世界上應用最廣泛的AB類(lèi)耳機放大器之一。更多示例請參考Maxim的 AB類(lèi)放大器。

圖3. AB類(lèi)放大器將兩個(gè)晶體管偏置，使其在信號接近零時(shí)能夠導通。所以這類(lèi)放大器的效率比A類(lèi)放大器高，失真比B類(lèi)放大器小。

D類(lèi)放大器

智能手機、MP3播放器和便攜式擴展塢等手持移動(dòng)音頻設備的普及將功耗問(wèn)題推上了風(fēng)口浪尖�，F在，必須通過(guò)降低功耗來(lái)延長(cháng)電池壽命。D類(lèi)放大器利用脈寬調制(PWM)產(chǎn)生滿(mǎn)擺幅數字輸出信號，利用占空比的變化表示模擬輸入信號(圖4)。由于輸出晶體管在工作期間要么完全導通，要么完全關(guān)閉，所以這些放大器的效率較高(往往高達90%或更高)。該方法完全避免了使用晶體管的線(xiàn)性區域，而晶體管線(xiàn)形區正是造成其它類(lèi)型放大器效率較低的原因�，F代的D類(lèi)放大器的保真度也可媲美AB類(lèi)放大器。由于D類(lèi)開(kāi)關(guān)放大器具有較高效率，例如MAX98304和MAX98400A，所以被廣泛用于便攜式應用。更多示例請參考Maxim的D類(lèi)放大器。

圖4. D類(lèi)音頻放大器輸出開(kāi)關(guān)波形，頻率遠高于需要復現的最高音頻信號頻率。由于輸出晶體管在工作期間要么完全導通，要么完全關(guān)閉，所以這些放大器的效率較高。

G類(lèi)放大器

G類(lèi)放大器與AB類(lèi)放大器類(lèi)似，但使用兩路或多路供電電壓。G類(lèi)放大器工作在低信號電平時(shí)，選擇低電源電壓。當信號電平升高時(shí)，這些放大器自動(dòng)選擇相應的電源電壓(圖5)。G類(lèi)放大器僅在必要時(shí)使用最高電源電壓，而AB類(lèi)放大器始終使用最高電源電壓，所以G類(lèi)放大器的效率高于A(yíng)B類(lèi)放大器。

便攜式音頻應用中有一個(gè)常見(jiàn)的問(wèn)題：可供揚聲器放大器使用的電源電壓是有限的。G類(lèi)功率放大器利用電荷泵將電源升壓，從而解決了電源電壓?jiǎn)?wèn)題。例如，MAX9730揚聲器放大器為傳統的動(dòng)態(tài)揚聲器進(jìn)行優(yōu)化，而MAX9788揚聲器放大器設計用于陶瓷揚聲器。更多示例請參考Maxim的G類(lèi)放大器。

圖5. G類(lèi)放大器僅在必要時(shí)使用最高電源電壓，所以其效率高于A(yíng)B類(lèi)放大器。

DG類(lèi)放大器

DG類(lèi)放大器利用PWM產(chǎn)生滿(mǎn)擺幅、占空比可變的數字輸出信號。在這方面，DG類(lèi)放大器與D類(lèi)放大器相同。然而，DG類(lèi)放大器也使用多電平輸出級檢測輸出信號的幅值(圖6)；然后根據需要切換電源軌，以更高效率提供要求的功率。DG類(lèi)放大器，例如MAX98308，采用與D類(lèi)放大器結構相同的雙電源概念，獲得更高的效率。更多示例請參考Maxim的DG類(lèi)放大器。

圖6. DG類(lèi)放大器檢測輸出信號的幅值，然后根據需要切換電源軌，以更高的效率提供需要的功率。

H類(lèi)放大器

H類(lèi)放大器調制其電源電壓，最大程度減小輸出級的壓降。實(shí)現方法包括從使用多個(gè)分立式電壓到無(wú)限可調電源等。盡管與G類(lèi)放大器降低輸出器件功耗的技術(shù)相類(lèi)似，但H類(lèi)放大器結構不要求多個(gè)電源(圖7)。

H類(lèi)放大器一般比其它音頻放大器設計更復雜。這些放大器要求精確的控制電路，以預測和控制電源電壓。音頻編解碼IC，例如MAX98090和MAX98091，集成了AB類(lèi)耳機放大器和H類(lèi)電源結構，實(shí)現了極低功耗、提供了完備的音頻方案。更多示例請參考Maxim的H類(lèi)放大器。

圖7. H類(lèi)音頻放大器降低了輸出器件的功耗，放大器的工作效率與優(yōu)化的AB類(lèi)放大器相當，而與輸出功率無(wú)關(guān)。

總結

本文簡(jiǎn)要介紹了當今設計中常用的多種音頻放大器。顯而易見(jiàn)，無(wú)論為何種類(lèi)型的設備設計音頻電路，都應該嚴格確定最適合具體應用的音頻放大器結構。充分了解不同類(lèi)型的音頻放大器，將有助于選擇最適合設計的音頻放大器。