本文乃針對A-20、JC-3與A-40(電路圖取於本刊85期p.85,p.86)三種A類放大器,做概略性的剖析與比較。這三種電路都是經過一再的探討、試裝、分析過的,相信讀者諸友對它們已具有相當的了解,所以我們希望本文能進一步提升你我大家「看」電路的功力。
何謂A類放大器
A類是放大器種類中其中的一種代號,它代表了一種架構,它的兄弟有AB類、B類、C類、D類、H類......等。放大器是以其電路中功率放大級此級的工作點或工作狀態來分類的,A類放大器最明顯的表現就是其功率放大器之元件(功率電晶體)不管處在何種訊號狀態,皆是導通的,所以A類放大器靜態或是動態,無時無刻不在消耗著龐大的能量,「它」應該是標準的「小烤箱」。
A、AB兩類電路如何區別?
A類放大器和AB類放大器的電路架構是沒有什麼兩樣的,因為電路圖上所有的原件在未標規格之前皆是理想元件,電路圖上當然沒有任何元件會燒掉,就沒有偏壓問題了,既然沒有偏壓問題也就沒有A類和AB類的區別。
A類放大器:靜態電流很大。
AB類放大器:靜態電流一點點,約為A類的5~10%。
B類放大器:靜態電流為零(單指功率級)。
談效率！
A類放大器的效率較低,而AB類放大器的效率較高。對負載而言,放大器功率放大級的活性元件(指功率電晶體)一直是和負載串聯後併在工作電源端,所以動態工作的效率因數是一樣的,因此整體效率的高低就在於靜態電流的差別了。靜態電流愈大、整體效率愈差,靜態電流愈小時整體效率愈好,而靜態電流為零時,整體效率最好(B類放大器)。
三種A類放大器的基本組態
這三種放大器皆可以以最簡單的OPERATION AMPLIFIER組態來表示,A-20線路為正相放大器之組態,如圖四所示。
Q1 Q2的Base分別是OPERATION AMPLIFIER的"+"輸入點和"-"輸入點。同時可從圖中找出回授元件,並算出Gain。JC-3線路為反相放大器之組態,如圖五所示,圖四之輸入阻抗為C1+R3,圖五之輸入阻抗為5uF+10K。
圖四的Gain為≈(R5+R4)/R4,圖五的Gain為≈80K/10K,算法是不一樣的。圖五的"+"輸入端接地,但"-"輸入端叫"虛地"。A-40線路為正相放大器的變相電路,如圖六。
圖六的輸入阻抗不是10K而是約為43K+2.2K==45.2K,43K是由10Kx(330+100)/100而得。電路的Gain不是 10K/100Ω,而是10K/(100Ω+330Ω),約為23倍。
圖四是AC放大器,C1把輸入的DC訊號隔掉了,C2把放大器的DC回授增大到全回輸。圖五是AC放大器但把5uF短路後即變成DC放大器,回饋端併聯的PS電容是做高頻補償用,所以回饋電路是DC放大器的架構。圖六是AC放大器,其僅有一枚220uF電容來限制DC訊號的Gain。
如果把圖四、圖五、圖六中所有的電容器都短路(圖五之PS電容不算),則將統統變成DC放大器了,我們現在先假設輸入端不可能帶來意外的DC訊號,擇期輸出端表現出來的直流電鴨將是"+""-"兩端OFFSET VOLTAGExGAIN之多,而OFFSET VOLTAGE對溫度較為靈敏,如何去除它,並在電路上做最好的補償是電路設計所要考慮的。
輸出功率和靜態電流的大小沒有關係
一個A類放大器縱然把靜態電流降低到零,也不會影響它的輸出功率,而只會把它變成B類放大器而已。B類放大器調整靜態電流的目的是為了減低交越失真,以降低小訊號動作時的失真率。而A類放大器調整其靜態電流是為了使放大器在額定負載狀況下,功率晶體不管在何交流工作點皆保持導通狀態。調整A類放大器的靜態電流至某值,並不能依此值而保證輸出功率就可以達到其一定的瓦數,而輸出功率的大小,乃和電源電壓之大小並扣除功率晶體的飽和電壓有關,這種輸出功率計算的公式在A、B兩類放大器裡是通用的。
A-20電路中靜態電流是藉Q8 R13 R16來達成的,這種方法算是比較特殊了。JC-3電路中靜態電流是藉圖中虛線部分的RCA 6178及RCA 6180兩枚電晶體來完成的,但在圖中,因功率晶體的射極電阻才0.1Ω,對1A的靜態電流才產生0.1V的壓降,此電壓和推動晶體BASE間的電壓2.8V相差太大,所以JC-3電路很接近AB類放大器。A-40電路,若0.68Ω/1W上有1A的靜態電流流過,則將產生共為1.36V的壓降,對兩推動晶體BASE間之壓降(2.8V+1.36=4.16V)而言,比例尚稱不小,所以A-40電路較具有A類放大器的本色。
再談效率
A類放大器的效率在沒有動作訊號時最差,在額定最大訊號輸入工作時最好,換言之,A類放大器在沒有訊號工作時所產生的熱量比有工作訊號時所產生的熱量要多,這種現象是裝機者很難察覺的。
見85期81頁之圖四,上下兩枚功率晶體之電流和是一定的,在靜態時,即訊號的零點,流過晶體的電流完全變成熱量,而沒有經RL輸出,而在訊號的峯點時,只有一只晶體會導通,而另一只晶體卻不導通,但導通的晶體其流過之電流卻全部流至RL到地,所以在訊號的峯點,理論上是耗散功率最少的時候,由這一點可得證:上段的敘述是正確的。
轉載音響技術第87期MAR. 1983 漫談三種A類放大器/洪 飛
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