A類功率放大器

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我們已經瞭解了電晶體偏置的細節，這對於電晶體作為放大器的執行非常重要。因此，為了實現精確的放大，必須對電晶體進行偏置，使其線上性區域工作。

A類功率放大器是指輸出電流在交流輸入電源的整個週期內都流動的放大器。因此，輸入端存在的完整訊號會在輸出端被放大。下圖顯示了A類功率放大器的電路圖。

從上圖可以看出，變壓器作為負載存在於集電極。使用變壓器可以進行阻抗匹配，從而將最大功率傳輸到負載，例如揚聲器。

該放大器的操作點位於線性區域。它的選擇是為了保證電流在整個交流輸入週期內流動。下圖解釋了操作點的選擇。

上圖顯示了帶有工作點Q的輸出特性。這裡(I_c)_Q和(V_ce)_Q分別表示無訊號時的集電極電流和集電極與發射極之間的電壓。當施加訊號時，Q點移至Q₁和Q₂。輸出電流增加到(I_c)_max，並減小到(I_c)_min。類似地，集電極-發射極電壓增加到(V_ce)_max，並減小到(V_ce)_min。

從集電極電池V_cc汲取的直流功率由下式給出：

$$P_{in} = 電壓 × 電流 = V_{CC}(I_C)_Q$$

此功率用於以下兩部分：

• 在集電極負載中以熱的形式耗散的功率由下式給出：

$$P_{RC} = (電流)^2 × 電阻 = (I_C)^2_Q R_C$$

• 提供給電晶體的功率由下式給出：

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

當施加訊號時，提供給電晶體的功率用於以下兩部分：

• 在負載電阻RC上產生的交流功率，構成交流功率輸出。

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

  其中I是透過負載的交流輸出電流的有效值，V是交流電壓的有效值，V_m是V的最大值。

• 電晶體（集電極區域）以熱的形式耗散的直流功率，即(P_C)_dc

我們在下圖中表示了整個功率流。

這種A類功率放大器可以以最小的失真放大小訊號，並且輸出將是輸入的精確複製品，只是強度增加了。

現在讓我們嘗試推導一些表示式來表示效率。

總效率

放大器電路的總效率由下式給出：

$$(\eta)_{overall} = \frac{提供給負載的交流功率}{直流電源提供的總功率}$$

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

集電極效率

電晶體的集電極效率定義為：

$$(\eta)_{collector} = \frac{平均交流功率輸出}{提供給電晶體的平均直流功率輸入}$$

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

總效率表示式

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

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

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

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類放大器的優點

A類功率放大器的優點如下：

• 電流在整個輸入週期內流動
• 它可以放大小訊號
• 輸出與輸入相同
• 沒有失真

A類放大器的缺點

A類功率放大器的優點如下：

• 低功率輸出
• 低集電極效率