【电子元器件】音频功放种类
本文章是笔者整理的备忘笔记。希望在帮助自己温习避免遗忘的同时，也能帮助其他需要参考的朋友。如有谬误，欢迎大家进行指正。
一、概述
音频功放将小信号的幅值提高至有用电平，同时保留小信号的细节，这称为线性度。放大器的线性度越好，输出信号越能真实地表示输入信号。音频功放种类越来越丰富，在选择适合具体应用的最佳音频放大器IC时，设计者必须了解可选用的音频功放类型及其特点。这是确保选择最佳音频功放的唯一方法。下文将会介绍当今可用的各种音频功放的重要特点：A类、B类、AB类、D类、G类、和DG类。
二、音频功放的种类
1. A类功放
（1）工作原理
A类功放在整个音频信号周期内都有电流流过输出器件，这意味着晶体管始终处于导通状态，不会完全关断。这种设计，A类功放能够提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高频透明开扬，中频饱满通透。
A类音频功放图片
（2）音质表现
A类功放以其卓越的音质和极低的失真度而著称，适用于需要高保真音频系统和专业音频应用。由于在任何时候都能提供足够的功率驱动扬声器，A类功放不存在交越失真（Switching Distortion），即使不使用负反馈，其开环失真也非常低，因此被认为是声音最理想的放大线路设计。
（3）效率和功耗
A类功放的效率较低，最大效率只有25%左右。这意味着在没有输入信号时，功放仍然消耗大量的电能，这些能量主要转化为热量。由于效率低，A类功放会产生较多的热量，需要有效的散热措施，如大型散热器。
（4）应用场景
尽管A类功放存在效率低和发热多的缺点，但由于其高保真度，部分高级音响器材仍然采用A类功放。
2. B类功放
（1）工作原理
B类功放采用推挽式放大器结构。其输出采用正向和反向晶体管。每个晶体管仅在信号波形的半周期期间导通如下图所示，这允许放大器在空闲时为零电流，因此比A类放大器的效率高。
B类音频功放图片
（2）音质表现
B类功放效率提高，音频质量下降。是因为其存在一个较大的缺点是会产生“交越失真”，即当正负半波切换时出现的失真。这会导致音质粗糙，这种失真在大信号可能不太明显，但是在小信号时会较为明显。
（3）效率和功耗
B类功放的效率较高，可以达到75%左右，这是因为每个功放管仅在信号的半个周期内工作。由于效率高，B类功放浪费的能量较少，因此可用来输出大功率。
（4）应用场景
B类功放适用于高效的音频放大，尤其是在低失真要求不是特别高的场合，如一些中低功率音响系统。由于效率较高，B类功放在不需要高保真音质的应用中较为常见。
3. AB类放大器
（1）工作原理
AB类功放的工作方式介于A类和B类之间。在没有信号或信号非常小的时候，晶体管的正负通道都保持导通，类似于A类功放的工作模式，以获得最佳的线性。当信号提高到某一电平时，自动转为B类工作模式，以获得较高的效率。
AB类音频功放图片
（2）效率和失真
AB类功放有效解决了B类功放的交越失真问题，同时效率又比A类功放高。在小信号时两个晶体管均保持有效工作，类似于A类功放；大信号时，相应于波形的每半周，只有一个晶体管保持有效状态，类似于B类功放。AB类功放的效率通常高于A类但低于B类，具体效率取决于偏置和工作点的设计。它提供了较高的效率和较低的失真和噪音。
（3）性能特点
AB类功放通常有两个偏压，在无信号时也有少量电流通过输出晶体管，这样可以在信号小时用A类工作模式，获得最佳线性，当信号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。AB类功放利用两种放大器的优点消除了效率低和失真的问题，提供了更好的放大器设计。
（4）应用场景
AB类功放由于结合了A类和B类功放的优势，适用于一般家用音响和汽车音响等应用。
4. D类功放
（1）工作原理
D类功放通过将音频模拟信号调制为PWM信号来工作。输入的模拟信号与一个N倍于输入信号频率的三角波通过比较器进行比较，形成PWM波，其频率与三角波频率相同。调制后的PWM波通过桥驱将信号幅值进行二倍放大，然后通过低通滤波器后，输出放大后的音频信号。
D类功放
（2）效率和功耗
D类功放的效率通常非常高，可达到90%左右，大约有10%的能量损失转换为热量。由于工作时输出级晶体管处于完全导通或完全关断状态，不会进入晶体管的线性工作区，这是导致其他类型放大器低效的原因，因此D类放大器具有极高效率。
（3）性能特点
D类功放适合对功率要求较高的场合，如便携式音频设备和车载音响等需要高效率和小体积的应用.D类功放的输出波形存在失真，可能产生PWM噪音，需要精确的滤波和抗干扰设计。信号处理复杂，可能引入数字噪音，对输入信号的要求较高，可能需要使用低通滤波器。D类功放可能会产生一定的电磁干扰，需要采取措施进行抑制。
（4）应用场景
不适用于要求高保真音质的专业音频应用，可能会对无线电频谱产生干扰。常见应用在需要高效率和小体积的应用场合，如智能手机、MP3播放器和便携式扩展坞等手持移动音频设备。
5. G类功放
（1）工作原理
G类放大器与AB类放大器类似，但使用两路或多路供电电压。G类放大器工作在低信号电平时，选择低电源电压。当信号电平升高时，这些放大器自动选择相应的电源电压如下图所示。G类放大器仅在必要时使用最高电源电压，而AB类放大器始终使用最高电源电压，所以G类放大器的效率高于AB类放大器。
G类功放
（2）音质表现
G类功放的末级工作点一般选在AB类，因为B类的效率已经很高，A类则为了音质而宁可牺牲效率。在大功率输出状态，由于耗散功率被电源部分的功率半导体器件分摊，G类功放的失真度指标不降反升，甚至比AB类更好。
（3）效率和功耗
G类功放在播放低噪声、高保真音频的同时最小化了功耗，相比传统的AB类功放，G类放大器拥有更高的效率。
（4）应用场景
G类功放通过智能调节电源电压来提高效率，同时保持低失真和高音质，使其在高保真音响系统中得到广泛应用。
6. DG类功放
（1）工作原理
DG类功放利用PWM（脉宽调制）产生满摆幅、占空比可变的数字输出信号，这一点与D类功放相同。同时，DG类功放也使用多电平输出级检测输出信号的幅值，然后根据需要切换电源轨，以更高效率提供要求的功率。
DG类功放
（2）效率和功耗
DG类功放继承了D类功放的高效率特点，由于输出晶体管在工作期间要么完全导通，要么完全关闭，因此这些放大器的效率较高。通过多电平输出和电源轨切换，DG类功放在宽输出范围内实现优化效率。
（3）应用场景
DG类功放适用于需要高效率和高功率的便携式音频解决方案，例如智能扬声器、笔记本电脑、智能IoT设备和条形音箱等。
三、总结
本文简要介绍了当今设计中常用的多种音频功放。无论为何种类型的设备设计音频电路，都应该严格确定最适合具体应用的音频放大器结构。充分了解不同类型的音频放大器，将有助于选择最适合设计的音频放大器。
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