A類、AB類、D類放大器的差異:動作原理、效率、失真、發熱、用途比較
放大器的類別,是指輸出電晶體的驅動方式不同。A類在訊號的整個週期中持續讓電流流過電晶體,因此失真最小,但即使沒有訊號也會消耗功率,效率即使在理論上也只有 25% 或 50%。AB類是在由 2 個電晶體分擔正、負半週的 B類上,加上少量閒置電流以抑制交越失真,效率接近 B類的理論最大值約 78.5%。D類將電晶體當作開關進行導通與關斷,再以濾波器將 PWM 等脈波還原為原本的訊號,在大輸出時可得到 90% 左右的高效率。
| 項目 | A類 | AB類 | D類 |
|---|---|---|---|
| 動作原理 | 電晶體中始終有電流流動(線性區),隨訊號增減電流 | 以 2 個電晶體的推挽結構分擔正、負半週。預先流過少量閒置電流 | 將電晶體當作開關進行導通與關斷,把訊號轉換成 PWM 等脈波後放大,再以 LC 低通濾波器還原 |
| 導通角(1 個電晶體導通電流的期間) | 360°(整個週期) | 大於 180° 且小於 360°(B類為 180°) | 以完全導通或關斷使用,因此不以導通角分類 |
| 理論最大效率 | 25%(負載電阻串聯時)。以變壓器或扼流圈耦合時為 50% | 略低於 B類的約 78.5%(π/4) | 理想開關時為 100%。實際在大輸出時也有 90% 左右 |
| 小輸出時的效率 | 非常低。即使沒有訊號也消耗相同的功率 | 隨輸出降低,但遠優於 A類 | 容易維持在高水準(極小輸出時,切換損失所占的比例會增加) |
| 失真 | 最小。沒有交越失真 | 小。以閒置電流與負回授抑制交越失真 | 有空檔時間、切換的不完美與電源變動所造成的失真。可用負回授等方式降低 |
| 發熱 | 最大。無訊號時達到最大 | 中等。多半需要散熱片 | 小。散熱片可以縮小或省略 |
| 雜訊與 EMI | 沒有切換雜訊 | 沒有切換雜訊 | 數百 kHz 至數 MHz 的切換會產生 EMI。需注意輸出濾波器與配線 |
| 電路與元件 | 簡單。只用 1 個電晶體也能製作 | 成對的輸出電晶體與偏壓電路 | 脈波調變器、閘極驅動電路、輸出濾波器(電感與電容) |
| 主要用途 | 小訊號放大、前級放大器、驅動後級的驅動級、部分高級音響 | 音響用功率放大器、耳機放大器、運算放大器的輸出級 | 智慧型手機與電視的喇叭驅動、車用音響、攜帶式喇叭、大輸出放大器 |
數值為具代表性的大致參考值,會因世代或產品而異。