【题目编号】MC2-1200
【题目】A、B、C、D 四类放大器中的某些类型可用来线性放大音频信号。以下描述正确的是:
【答案】AB(多选题)
[A]对于 A 类放大器,使用一支晶体管即可完整放大信号的正、负半周
[B]对于 B 类放大器,使用二支晶体管推挽工作就可以分别放大信号的正、负半周
[C]对于 C 类放大器,可用一支晶体管放大信号的部分周期,之后再找回丢失的信息
[D]对于 D 类放大器,可用二支晶体管组成图腾柱,线性放大信号的正、负半周
考点速览
音频信号是连续变化的电压波形,放大器要输出的电压有正有负。器件有没有能力在一个信号周期里把两个半周都放出来,取决于导通角;而两只管子拼起来能不能算线性放大,取决于器件导通时是否工作在放大区。这两条判据把四项的说法分开:前两项对,后两项都栽在"信息能不能还原"上。
单管与推挽:正负半周怎么分工
甲类(class A)导通角三百六十度,一只管子从头到尾都在放大区,输入正半周时电流增大、负半周时电流减小,输出波形完整,单管即可完成。这是音频功放里最直观的方案,代价是静态电流一直存在,效率低。
乙类(class B)导通角只有一百八十度,一只管子只能输出半个周期,另外半个周期波形被削掉。解决办法是用两只管子组成推挽(push-pull)电路,一管负责正半周、一管负责负半周,在负载上把两半拼成完整波形。两管交替工作,静态电流接近零,效率大幅提升,代价是交接处的交越失真(crossover distortion)。工程上把偏置略微抬高一点,让两只管子都留一点静态电流,交接处的台阶就被填平,这就是音频放大里常见的甲乙类方案。
逐项辨析
选项 A 正确。甲类的导通角覆盖整个信号周期,器件始终在放大区工作,不截止也不饱和,正半周与负半周由同一只管子连续放大,输出波形完整。单管甲类是音频放大的基础电路。
选项 B 正确。乙类单管只能处理半个周期,用两只管子组成推挽,分别放大正半周与负半周,在负载上合成为一个完整波形。这一项讲的正是乙类在音频放大中的标准用法。
选项 C 错误。丙类(class C)的导通角小于半个周期,一只管子只在大约三分之一甚至更短的周期里导通,其余时间输出为零。被削掉的那部分波形信息已经丢失,没有办法从输出端找回来。丙类后面接的谐振回路只能把基波成分选出来,它重建的是等幅载波,不是原来的音频信号;拿它放音频,结果只能是严重失真。
选项 D 错误。丁类(class D)确实常由两只管子接成图腾柱(totem-pole)输出,上下管轮流导通。但它们工作在开关状态:上管导通时输出接到正电源,下管导通时接到负电源,输出是一串宽度随输入变化的方波脉冲,再靠低通滤波器把脉冲的平均值还原成波形。器件没有工作在线性区,"线性放大正负半周"这句话落空。
丢失的半周找不回来
放大器的线性度决定它能不能如实复制波形。乙类推挽之所以能补回半周,是因为两只管子分别在各自导通的半周里都工作在线性区,波形是"分工"的结果而不是"猜测"的结果。丙类那半个周期是真丢了:器件在截止期间输出恒为零,输入信息没有被转换到输出端。数字通信可以靠编码冗余纠正丢失的比特,模拟放大电路没有这种机制,缺了就是缺了。
还要注意谐振回路的作用边界。它能把丙类脉冲串里的基波选出来,让回路两端重新出现近似正弦的电压,但它依赖的是脉冲序列的重复频率,输出的幅度由激励与回路共同决定,与原信号的瞬时幅度无关。恢复恒包络载波可以,恢复话音波形不行,这两件事必须分开看。
图腾柱是开关,不是线性放大
图腾柱这个名称来自上下两只管子的排列形状,它在丁类功放、数字输出级、电机驱动里都用得到。判断它属于哪一类,不看结构,看器件的工作状态。丁类管子只在饱和与截止两个状态停留,中间线性区一带而过,输入信号的瞬时幅度不决定输出幅度,只决定脉冲宽度。这一点与乙类推挽有本质差别:后者的输出幅度与输入幅度成正比。
音频用的丁类功放里,开关频率通常取几百千赫兹,远高于二十千赫兹的音频上限,输出滤波器才容易把脉冲边沿与高次谐波压掉,还原出平滑的波形。即便如此,它的线性度仍取决于开关频率与滤波器的配合,谈不上"线性放大正负半周"。
应试要点
四句话对应四类:甲类单管通吃整个周期;乙类两只管子推挽分工;丙类只导通小半个周期,丢掉的信息找不回来,只能配谐振回路处理恒包络信号;丁类图腾柱开关输出,靠滤波器重建波形。听到"线性放大"四个字,先问器件是否工作在放大区。另外记住交越失真属于乙类的固有缺陷,甲乙类的偏置正是为补它而设。