实用电子学/放大器

放大器可以根据其输入和输出特性进行指定。^[1] 它们具有一定的增益，或将输出信号的大小与输入信号的大小相关的乘法因子。增益可以指定为“输出电压/输入电压”、“输出功率/输入功率”或电流、电压和功率的任何其他组合。在许多情况下，当输入和输出采用相同的单位时，增益将是无单位的；对于其他情况，这并非必需的——例如，跨导放大器的增益具有电导单位（输出电流/输入电压）。

在大多数情况下，放大器应该是线性的，也就是说增益对于输入和输出信号的任何组合应该是恒定的。如果增益不是线性的，例如通过在输出信号能力的极限处对其进行削波，则输出信号会失真。

放大器级和系统的分类

有许多替代分类方法来解决放大器设计的不同方面，它们都表达了某种特定视角，将设计参数与电路目标相关联。放大器设计始终是众多因素的折衷，例如成本、功耗、现实世界中的器件缺陷以及各种性能规格。下面是一些不同的分类方法

输入和输出变量

四种类型的受控源；控制变量在左侧，输出变量在右侧

电子放大器使用两个变量：电流和电压。两者都可以用作输入，也可以用作输出，从而产生四种类型的放大器。在理想形式中，它们由线性分析中使用的四种类型的受控源中的每一种表示，如图所示，即

输入	输出	受控源	放大器类型
I	I	电流控制电流源 CCCS	电流放大器
I	V	电流控制电压源 CCVS	跨阻放大器
V	I	电压控制电流源 VCCS	跨导放大器
V	V	电压控制电压源 VCVS	电压放大器

每种类型的放大器在其理想形式中具有与相应的受控源相同的理想输入和输出电阻：^[2]

放大器类型	受控源	输入阻抗	输出阻抗
电流	CCCS	0	∞
跨阻	CCVS	0	0
跨导	VCCS	∞	∞
电压	VCVS	∞	0

在实践中，理想阻抗仅是近似的。对于任何特定电路，小信号分析通常用于找到实际实现的阻抗。一个小信号交流测试电流 I_x 被施加到输入或输出节点，所有外部电源都被设置为零，相应的交变电压 V_x 穿过测试电流源确定该节点处看到的阻抗为 R = V_x / I_x。

设计用于在输入和/或输出处连接到传输线的放大器，特别是射频放大器，不适合这种分类方法。它们不是单独处理电压或电流，而是理想地与传输线阻抗匹配的输入和/或输出阻抗耦合，即电压与电流的比率匹配。许多实际的射频放大器接近于这种理想状态。虽然，对于给定的适当的源和负载阻抗，射频放大器可以被表征为放大电压或电流，但它们从根本上是放大功率。^[3]

公共端

放大器的一组分类方法是基于哪个器件端子对输入和输出电路都共用。在双极结型晶体管的情况下，三类是共射极、共基极和共集电极。对于场效应晶体管，相应的配置是共源极、共栅极和共漏极；对于三极真空器件，共阴极、共栅极和共板极。

单向或双向

当放大器的输出没有表现出反馈到其输入侧时，它被称为单向。一个结果是放大器具有一个与连接到放大器的负载无关的输入阻抗，以及一个与驱动放大器的信号源无关的输出阻抗。

相反的情况是双向放大器，其中反馈将输出连接到放大器的输入侧。这种反馈通常是故意的，例如负反馈通常用于调整放大器的行为。但是，至少同样常见的是，反馈既不需要也不可避免；例如，由寄生元件引入，例如晶体管中固有的、不需要的电容，这些电容将输入耦合到输出。在任何情况下，双向放大器都具有取决于连接到放大器的负载的输入阻抗，以及取决于驱动放大器的源的输出阻抗。

线性单向和双向放大器可以用二端口网络表示。大多数放大器在某种程度上都是双向的，但是它们通常可以在某些工作条件下被建模为单向，以简化分析（例如，参见共基极文章）。

反相或非反相

另一种对放大器进行分类的方法是输入信号和输出信号的相位关系。**反相**放大器的输出信号与输入信号相位相差 180 度（即，在示波器上看到的输入信号的倒置或镜像）。**非反相**放大器保持输入信号波形的相位。**射极跟随器**是一种非反相放大器，表示晶体管射极处的信号跟随（即，与输入信号匹配，但可能存在偏移）输入信号。

这种描述可以适用于放大器的单个级，也可以适用于完整的放大器系统。

功能

其他放大器可以根据其功能或输出特性进行分类。这些功能描述通常适用于完整的放大器系统或子系统，很少适用于单个级。

• **伺服放大器**表示一个集成的反馈回路，以主动控制输出至某个期望的水平。**直流伺服**表示在低至直流电平的频率下使用，其中不会发生音频或射频信号的快速波动。这些通常用于机械致动器或设备（例如直流电机）中，这些设备必须保持恒定的速度或扭矩。**交流伺服**放大器可以对某些交流电机执行此操作。
• **线性**放大器对不同的频率成分独立地做出响应，不会产生谐波失真或互调失真。**非线性**放大器会产生失真。
• **宽带**放大器在很宽的频率范围内具有精确的放大系数，通常用于增强通信系统中继的信号。**窄带**放大器用于放大特定窄频范围内的频率，排除其他频率。
• **射频**放大器是指专为电磁频谱的射频范围使用的放大器，通常用于提高接收机的灵敏度或发射机的输出功率。
• **音频放大器**专为用于再现音频频率而设计。此类别细分为小信号放大和功率放大，功率放大经过优化，可驱动扬声器，有时多个放大器分组在一起，作为独立的或可桥接的通道，以适应不同的音频再现需求。
• 一种特殊的放大器广泛应用于仪器和信号处理中，以及许多其他不同的用途。这些被称为**运算放大器**（或**运放**）。这是因为这种类型的放大器用于执行对输入信号执行数学算法功能或“运算”以获得特定类型输出信号的电路。典型的运放具有差分输入（相对于输出，一个为“反相”，一个为“非反相”）和一个输出。理想运放具有以下特性
  • 无限输入阻抗（因此不会对它作为控制输入进行采样的电路造成负载）
  • 零输出阻抗
  • 无限增益
  • 零传播延迟

具有这些特性的运放的性能将完全由构成围绕它的负反馈回路的（通常是被动的）组件定义，即，*放大器本身对输出没有影响*。

如今，运放通常以集成电路的形式提供，而不是用分立元件构建。所有现实世界的运放都无法达到上述理想规格 - 但一些现代组件具有非凡的性能，在某些方面接近理想。

大多数放大器和许多其他类型的模拟电子产品都是使用运放构建的。它们非常有用，因此我们专门为它们设置了一个部分，实用电子/运算放大器。

级间耦合方法

放大器有时根据输入、输出或级间信号的耦合方法进行分类。这些的不同类型包括

• **RC 耦合放大器，使用电阻器和电容器网络。** 由于设计使然，这些放大器无法放大直流信号，因为电容器会阻挡输入信号的直流分量。RC 耦合放大器在使用真空管或分立晶体管的电路中非常常用。在集成电路的时代，芯片上的几个额外的晶体管比电容器便宜得多，体积也小得多。
• **LC 耦合放大器，使用电感器和电容器网络。** 这种类型的放大器最常用于选择性射频电路。
• **变压器耦合放大器，使用变压器匹配阻抗或解耦电路的各个部分。** 通常 LC 耦合和变压器耦合放大器难以区分，因为变压器是一种电感器。
• **直接耦合放大器，不使用阻抗和偏置匹配组件。** 这种类型的放大器在真空管时代非常罕见，当时阳极（输出）电压为几百伏，而栅极（输入）电压为几伏负值。因此，它们仅在需要将增益指定到直流电平的情况下使用，例如在示波器中。在现代电子设备的背景下，鼓励开发人员尽可能使用直接耦合放大器。

频率范围

根据频率范围和其他特性，放大器根据不同的原理设计。

• 低至直流电平的频率范围仅在需要此特性时使用。直流放大会导致特定的复杂性，如果可能，应避免这些复杂性。
• 根据指定的频率范围，必须使用不同的设计原理。在兆赫兹范围内，只需要考虑“离散”特性，例如，终端具有输入阻抗。
• 只要电路内的任何连接长度超过最高指定频率波长的 1%（例如，在 100 兆赫兹时，波长为 3 米，因此临界连接长度可能为 3 厘米），设计特性就会发生根本变化。例如，PCB 迹线的指定长度和宽度可以用作选择性或阻抗匹配实体。
• 在几百兆赫兹以上，使用离散元件（特别是电感器）变得很困难。在大多数情况下，使用具有非常精确形状的 PCB 迹线代替。

负载类型

• 未调谐 - (a) 音频 (b) 视频
• 调谐 (射频放大器) - 用于放大单个无线电频率或频带。

实现

放大器使用不同类型的**有源元件**来实现。

• 第一个有源元件是继电器。它们在 19 世纪用于跨大陆电报线路；微弱的电流用于切换电池的电压到输出线。
• 为了传输音频，碳话筒被用作第一个有源元件。
• 直到 20 世纪 70 年代初，许多放大器使用真空管（英国称为“阀门”）。如今，真空管通常仅用于超高功率、高频放大器、微波炉、CRT 电视以及特殊音频应用，在该领域它们已获得一定程度的普及。许多广播发射器仍在使用真空管。阀门对电磁脉冲损伤的免疫性可能导致它们在某些国防领域得以保留。
• 20 世纪 50 年代，晶体管开始逐渐取代真空管。如今，分立晶体管仍然在许多电子产品中使用，但正越来越多地被集成电路取代。
• 从 20 世纪 70 年代开始，越来越多的晶体管连接在单个芯片上，从而产生了集成电路。今天市面上大部分可用的放大器都是基于集成电路。

出于特殊目的，已经使用了几个其他有源元件。例如，在通信卫星的早期阶段，使用了参数放大器。核心电路是一个二极管，其电容由本地产生的射频信号改变。在某些条件下，该射频信号提供能量，该能量被接收在地面站的极其微弱的卫星信号调制。参数放大器的操作原理与孩子们保持秋千摆动原理有些类似：只要秋千在移动，你只需要改变摆动实体的“参数”，例如，你必须上下移动你的重心。在本例中，二极管的电容定期变化。

功率放大器类别

流动角度或导通角

功率放大器电路（输出级）根据放大器件的导通角或“电流角”Θ（即放大器件导通的输入信号周期的部分）进行分类。对于模拟设计，分为A、B、AB和C类，对于开关设计，分为D类和E类。电流角图像来自放大正弦信号。（如果器件始终开启，则Θ = 360°。）电流角与放大器功率效率密切相关。下文将介绍各种类别，之后将在各个标题下进行更详细的讨论。

A类

使用100% 的输入信号（导通角Θ = 360° 或 2π，即有源元件始终在其线性范围内工作）。在效率不是考虑因素的情况下，大多数小信号线性放大器都设计为A类，这意味着输出器件始终处于导通区域。A类放大器通常比其他类型更线性且更简单，但效率很低。这种类型的放大器最常用于小信号级或低功率应用（例如驱动耳机）。

B类

每个输出晶体管使用50% 的输入信号（Θ = 180° 或 π，即有源元件在其线性范围内工作一半时间，并在另一半时间内或多或少地关闭）。在大多数B类放大器中，有两个输出器件（或输出器件组），每个器件交替导通（推挽）正好 180 度（或半个周期）的输入信号；也可以使用单个有源元件实现选择性射频放大器。

如果从一个有源元件到另一个有源元件的切换不完美，这些放大器会发生交越失真，例如，当两个互补晶体管（即一个 PNP，一个 NPN）连接为两个共发射极跟随器，且它们的基础和发射极端子公用，需要基础电压跨越两个器件都关闭的区域。^[4]

AB类

这里，两个有源元件的导通时间超过一半，以此来减少B类放大器的交越失真。以互补共发射极跟随器为例，偏置网络允许或多或少地存在静态电流，从而提供一个位于A类和B类之间的工作点。有时会添加一个数字，例如AB₁或AB₂，数字越大表示静态电流越大，因此更接近A类的特性。

D类

这些放大器使用开关来实现非常高的功率效率（在现代设计中超过 90%）。通过使每个输出器件完全开启或关闭，可以将损耗降到最低。模拟输出是通过脉冲宽度调制（PWM）创建的，即有源元件在较短或较长的时间间隔内开启，而不是修改其电阻。还有更复杂的开关方案，例如Σ-Δ调制，以改善某些性能方面，例如降低失真或提高效率。

其他类别

还有一些其他放大器类别，但它们主要是前面几类别的变体。例如，H类和G类放大器以根据输入信号改变电源轨（分别以离散步进或连续方式）为特征。可以减少输出器件上的浪费热量，因为过量电压被降低或保持在最低限度。接收这些电源轨的放大器本身可以是任何类别。这些放大器比较复杂，主要用于专门的应用，例如超高功率单元。此外，E类和F类放大器通常在文献中被描述为射频应用，在这种应用中，传统类别的效率与其理想值有很大偏差。这些类别使用其输出网络的谐波调谐来实现更高的效率，并且可以被认为是C类的一个子集，因为它们具有导通角特性。

下文将提供有关各种类别的更多详细信息。

A类

A类放大器件在整个输入周期内工作。输出信号通常是输入信号的放大副本。A类放大器是实现小信号放大器的常用手段。它们效率不高；使用电感输出耦合可以获得理论上的最大效率 50%，而使用电容耦合只能获得 25%。

在A类电路中，放大元件的偏置使得器件始终处于某种程度的导通状态，并且在其特性曲线的线性部分（称为传递特性或跨导曲线）工作。由于器件始终处于导通状态，即使没有输入，也会从电源中汲取电流。静态功耗很高，因此效率很低。

A类放大器

如果需要从A类电路中获得高输出功率，那么功率浪费（以及随之而来的热量）相当大。对于送到负载上的每瓦功率，放大器本身至少会消耗另外一瓦功率。对于大功率，这意味着需要大型且昂贵的电源和散热器。A类设计在很大程度上已被音频功率放大器取代，尽管一些音响发烧友认为A类可以提供最佳音质，因为其工作方式尽可能线性，这为昂贵的高保真A类放大器提供了一个小市场。此外，一些发烧友更喜欢热离子管（或“电子管”）设计而不是晶体管，因为他们认为其音质更好。

A类放大器通常用于运算放大器的输出级；它们有时用作中等功率、低效率和高成本的音频放大器。放大交流信号时，平均功耗与输出功率无关。在空闲状态（无输入）下，功耗与高输出音量时基本相同。结果是效率低，热耗散高。

B类和AB类

B类放大器使用 2 个有源元件，每个元件放大输入波形周期的一半。它们会产生一些失真，因为一个器件在切换到另一个器件时会发生失真，但它们的效率远高于A类。B类放大器的理论最大效率为 78.5%（即 π/4）。 这是因为放大元件中的静态电流为零。

在实际应用中很少见到单个B类元件，尽管它可以用于射频功率放大器，在这种放大器中，失真水平不那么重要。然而，C类更常用于此目的。

使用B类元件的实用电路是互补对或“推挽”排列。在这里，互补（或准互补）器件用于分别放大输入信号的相反半部分，然后在输出端将这些半部分重新组合。这种排列效率很高，但可能存在一个缺点，即信号两个半部分之间的“连接点”存在一个小误差。这被称为交越失真。改进的方法是偏置器件，使它们在不使用时不会完全关闭。这种方法称为AB类工作。

在AB类工作中，每个器件在波形的一半中以与B类相同的方式工作，但在另一半中也导通少量电流。结果，两个器件同时几乎关闭的区域（“死区”）减小。结果是，当来自两个器件的波形组合时，交越被大大最小化或消除。

AB类在牺牲了一些效率以换取线性的同时，始终比B类效率低（低于 78.5%）。它通常比A类效率高得多。

B类推挽式放大器

B类或AB类推挽式电路是音频功率放大器中最常见的类型。AB类被广泛认为是音频放大器的一个很好的折衷方案，它具有B类的大部分效率，但几乎没有B类的失真。负反馈可以进一步减少交越失真。B类和AB类放大器有时也用作射频线性放大器。B类放大器也是电池供电设备（例如晶体管收音机）的首选。

数字B类

B类放大器在逻辑 IC 中被广泛使用。它们比A类效率高得多，并且主要用于提供逻辑 1 或 0 输出。一些B类放大器在某些情况下还会提供高阻抗输出。

C类

C类放大器导通的输入信号少于 50%，通常只在输入峰值时导通。失真很大，但可以实现很高的效率（高达 90%）。一些应用（例如扩音器）可以容忍失真。C类放大器的更常见应用是射频发射机，在射频发射机中，失真可以通过在放大器级使用调谐负载来大幅度降低。输入信号用于在峰值时切换放大器件，并且通过调谐电路重新创建完整的波形。

C 类放大器有两种工作模式：调谐和非调谐。^[5] 下面的图示显示了一个简单的 C 类电路在没有调谐负载时的波形。这被称为非调谐操作，对波形的分析显示了信号中出现的巨大失真。当使用适当的负载（例如，纯 LC 滤波器）时，会发生两件事。首先是输出的偏置电平被“钳位”，使得输出变化以电源电压的一半为中心。这就是调谐操作有时被称为“钳位器”的原因。这种提高偏置电平的作用使波形恢复到其适当的形状，从而允许在只有单极性电源的情况下重建完整的波形。这与第二个现象直接相关：中心频率上的波形失真要小得多。存在的失真取决于调谐负载的带宽，中心频率的失真非常小，但信号越远离调谐频率，衰减就越大。

调谐电路只会在特定频率下产生共振，因此不需要的频率被显著抑制，而需要的完整信号（正弦波）将被调谐负载提取（例如，当高品质的铃铛被锤子周期性地敲击时，它会在特定频率下发出声音）。只要发射器不需要在非常宽的频率范围内工作，这种安排就非常有效。其他残余谐波可以使用滤波器消除。

C 类放大器

D类

基本开关或 PWM（D 类）放大器的框图。

D 类放大器的效率远高于 AB 类功率放大器。因此 D 类放大器使用更小、更轻的变压器和散热器。D 类放大器中的功率器件以开/关模式工作。脉冲发生器中使用的输出级是 D 类放大器的例子。该术语通常适用于旨在以远低于开关频率的带宽再现信号的器件。

这些放大器使用脉冲宽度调制、脉冲密度调制（有时称为脉冲频率调制）或更高级的调制形式，如 Delta-sigma 调制（例如，在 Analog Devices AD1990 D 类音频功率放大器中）。

输入信号被转换为一系列脉冲，其平均值与信号的瞬时幅度成正比。脉冲的频率通常是输入信号中最高频率的十倍或更多。这种放大器的输出包含不需要的频谱成分（即，脉冲频率及其谐波），这些成分必须通过无源滤波器去除。然后，得到的滤波信号是输入信号的放大副本。

D 类放大器的主要优点是效率。因为输出脉冲具有固定的幅度，所以开关元件（通常是 MOSFET，但也曾使用过电子管和双极型晶体管）处于开或关状态，而不是在线性模式下工作。这意味着晶体管消耗的功率非常少，除了在开和关状态之间的很短时间内。浪费的功率很低，因为晶体管中消耗的瞬时功率是电压和电流的乘积，而其中一个几乎总是接近于零。

D 类放大器可以通过模拟电路或数字电路控制。数字控制会引入额外的失真，称为量化误差，这是由其将输入信号转换为数字值引起的。

D 类放大器已被广泛用于控制电机，几乎专门用于小型直流电机，但现在也用作音频放大器，并带有将模拟信号转换为更高频率的脉冲宽度调制信号的电路。在实现良好的音频质量方面相对困难意味着几乎所有 D 类放大器都用于质量不是因素的应用，例如笔记本电脑、价格适中的书架式音响系统和中档家庭影院系统中的“DVD 接收机”。

高质量的 D 类音频放大器现在开始出现在市场上

• Tripath 将其修改后的 D 类设计称为 T 类。
• Bang and Olufsen 的 ICEPower D 类系统已用于 Alpine PDX 系列和一些 Pioneer 的 PRS 系列以及其他制造商的设备。

据说这些经过修改的设计在质量方面可以与传统的 AB 放大器相媲美。

在这些更高质量的设计出现之前，D 类放大器早期的应用以及应用最广泛的领域是汽车中的高功率低音炮放大器。由于低音炮通常限制在不高于 150Hz 的带宽内，因此放大器的开关速度不必像全频放大器那样快。D 类设计用于为低音炮供电的缺点是它们的输出滤波器（通常是将脉冲宽度信号转换回模拟波形的电感器）会降低放大器的阻尼系数。

这意味着放大器无法阻止低音炮的反应特性降低低音音效的影响（如 AB 类部分的反馈部分所述）。用于驱动低音炮的 D 类放大器相对便宜，与 AB 类放大器相比。一个 1000 瓦的 D 类低音炮放大器，其效率约为 80% 到 95%，价格约为 250 美元，远低于同等功率的 AB 类放大器，后者将花费数千美元。

用来表示这种放大器类的字母 D 只是在 C 之后出现的下一个字母，并不代表 数字。D 类和 E 类放大器有时会被误认为是“数字”的，因为输出波形表面上类似于数字符号的脉冲序列，但 D 类放大器只是将输入波形转换为连续的脉冲宽度调制（方波）模拟信号。（数字波形将是脉冲编码调制）。

特殊类别

E 类

E/F 类放大器是一种高效的开关功率放大器，通常在非常高的频率下使用，以至于开关时间与占空比相当。正如 D 类放大器中所述，晶体管通过串联 LC 电路连接到负载，并通过一个大 L（电感）连接到电源电压。电源电压通过一个大电容器连接到地，以防止任何射频信号泄漏到电源中。E 类放大器在晶体管和地之间添加了一个 C，并使用一个定义的 L₁ 连接到电源电压。

E 类放大器

以下描述忽略了直流电，可以之后轻松添加。上面提到的 C（图中为 C1）和 L实际上是并联的 LC 电路到地。当晶体管导通时，它会通过串联 LC 电路推入负载，并且一些电流开始流向并联的 LC 电路到地。然后串联 LC 电路回摆并补偿并联 LC 电路中的电流。此时，流过晶体管的电流为零，并将其关闭。两个 LC 电路现在都充满能量，分别在 C 和 L₀ 中。整个电路执行一个阻尼振荡。负载的阻尼已调整好，以便一段时间后，Ls 中的能量都进入负载，但 C₀ 中的能量都达到峰值，恢复到原始值，从而反过来恢复原始电压，使晶体管上的电压再次为零，可以重新导通。

在负载、频率和占空比 (0.5) 作为给定参数以及电压不仅恢复，而且达到峰值达到原始电压的约束下，四个参数（L、L₀、C 和 C₀）被确定。F 类放大器考虑了有限的导通电阻，并试图使电流触底为零。这意味着晶体管上的电压和电流相对于时间是对称的。傅里叶变换允许使用一种优雅的公式来生成复杂的 LC 网络。它表明第一谐波被传递到负载，所有偶数谐波被短路，所有更高奇数谐波被开路。

F 类和偶数谐波

在推挽放大器和 CMOS 中，两个晶体管的偶数谐波正好抵消。实验表明，方波可以通过这些放大器产生，数学表明，方波只包含奇数谐波。在 D 类放大器中，输出滤波器阻止所有谐波，这意味着谐波看到开路负载。因此，即使谐波中的电流很小，也足以产生方波电压。电流与施加到滤波器的电压同相，但晶体管上的电压反相。因此，晶体管电流与晶体管上的电压之间几乎没有重叠。边缘越尖锐，重叠越小。

虽然D类放大器将晶体管和负载视为两个独立的模块，但F类放大器则承认晶体管寄生参数等缺陷，并试图优化全局系统，使其在谐波处具有高阻抗。当然，晶体管两端必须存在有限的电压，才能推动电流通过导通状态电阻。由于流过两个晶体管的组合电流主要集中在基波，因此看起来像正弦波。这意味着在方波的中点，必须流过最大电流，因此在方波中出现一个下降可能是合理的，换句话说，允许电压方波出现一些过冲。F类负载网络的定义是必须在截止频率以下传输，并在截止频率以上反射。

任何低于截止频率且第二谐波高于截止频率的频率都可以被放大，即一个倍频程带宽。另一方面，具有较大L和可调C的LC串联电路可能更易于实现。通过将占空比降低到0.5以下，可以调制输出幅度。电压方波将劣化，但任何过热都将由流过的总功率降低来补偿。滤波器后面的任何负载失配只会影响基波电流波形，显然只有纯电阻性负载才是合理的，那么电阻越低，电流就越大。

F类放大器可以用正弦波或方波驱动，对于正弦波，可以通过L来调整输入以增加增益。如果使用单个晶体管实现F类放大器，则滤波器将变得复杂，需要短路偶数谐波。所有以前的设计都使用尖锐的边沿来最大限度地减少重叠。E类放大器使用大量的第二谐波电压。第二谐波可用于减少具有有限尖锐度的边沿的重叠。为了使这能够起作用，第二谐波上的能量必须从负载流向晶体管，而在电路图中没有看到为此提供能量的来源。实际上，阻抗主要是电抗性的，它存在的原因仅仅是因为E类放大器是具有非常简化的负载网络的F类放大器，因此必须处理缺陷。

在许多E类放大器的业余爱好者仿真中，假设电流边沿很尖锐，这抹杀了E类放大器的核心动机，并且在晶体管过渡频率附近的测量结果显示出非常对称的曲线，这与F类放大器的仿真结果非常相似。E类放大器由Nathan O. Sokal和Alan D. Sokal于1972年发明，其详细信息首次发表在1975年。^[6]一些关于此工作类的早期报告已在俄语中发表。

G类和H类

有各种各样的放大器设计将AB类输出级与其他更高效的技术结合起来，以实现更高的效率和低失真。这些设计在大型音频放大器中很常见，因为在没有效率提高的情况下，散热器和电源变压器将过于庞大（且昂贵）。“G类”和“H类”这两个术语可互换使用以指代不同的设计，其定义因制造商或论文而异。

G类放大器（使用“轨迹切换”来降低功耗并提高效率）比AB类放大器效率更高。G类放大器具有几个不同电压的电源轨，并在信号输出接近每个电源轨时在这些电源轨之间切换。因此，放大器通过减少输出晶体管的浪费功率来提高效率。

H类放大器将G类的理念更进一步，创建了一个无限可变的电源轨。这是通过调制电源轨来实现的，这样电源轨在任何给定时间都只比输出信号高几伏。输出级始终以最高效率运行。开关模式电源可用于创建跟踪电源轨。可以实现显著的效率提升，但缺点是电源设计更复杂，THD性能降低。

• 效率H类

最容易理解这些类别的方法是使用下面各节中的图表。为了便于说明，双极结型晶体管被用作放大器件，但实际上，它可以是MOSFET或真空管器件。在模拟放大器（最常见的类型）中，信号被施加到器件的输入端（基极、栅极或栅网），这会导致一个比例输出驱动电流从输出端流出。输出驱动电流来自电源。

因此，显示的电压信号是输入信号的放大版本，但符号已更改（反相）了。放大器件的其他排列也是可能的，但给出的（即共发射极、共源极或共阴极）是最容易理解并在实践中使用的。如果放大元件是线性的，则输出将是输入的忠实副本，只是更大并且反相。在实际应用中，晶体管不是线性的，输出只会近似于输入。来自多种来源中的任何一种的非线性是放大器中失真产生的根源。放大器属于哪一类（A、B、AB或C）取决于放大器件的偏置方式——在图中，为了清晰起见，省略了偏置电路。

任何实际的放大器都是理想放大器的有缺陷的实现。实际放大器的一个重要限制是，它所能产生的输出最终受电源提供的功率的限制。如果输入信号变得太大，放大器无法重现，或者器件的工作限制被超过，放大器将饱和并削波输出。

放大器电路

下面的实际放大器电路可以作为中等功率音频放大器的基础。它具有现代放大器中常见的典型（尽管大大简化）设计，具有AB类推挽输出级，并使用了一些整体负反馈。显示了双极晶体管，但该设计也可以用FET或电子管实现。

一个实际的放大器电路

输入信号通过电容C1耦合到晶体管Q1的基极。电容允许交流信号通过，但阻止了由电阻R1和R2建立的直流偏置电压，因此任何前面的电路都不会受到影响。Q1和Q2构成一个差动放大器（一个将两个输入之间的差乘以某个常数的放大器），在一个称为长尾对的排列中。这种排列用于方便地允许使用负反馈，负反馈从输出通过R7和R8馈送到Q2。

反馈到差动放大器的负反馈允许放大器将输入与实际输出进行比较。来自Q1的放大信号直接馈送到第二级Q3，Q3是一个共发射极级，它提供信号的进一步放大和输出级Q4和Q5的直流偏置。R6为Q3提供负载（更好的设计可能会在此处使用某种形式的有源负载，例如恒流源）。到目前为止，所有放大器都处于A类工作状态。输出对以AB类推挽方式排列，也称为互补对。它们提供大部分电流放大，并直接驱动负载，负载通过直流隔离电容C2连接。二极管D1和D2为输出对提供少量恒压偏置，只是将它们偏置到导通状态，以最大限度地减少交越失真。也就是说，二极管将输出级牢固地推入AB类模式（假设输出晶体管的基极发射极压降因热耗散而降低）。

这种设计很简单，但它是实际设计的一个良好基础，因为它会自动稳定其工作点，因为反馈在内部从直流一直工作到音频范围以及更远。在实际设计中可能会发现更多电路元件，这些元件会将频率响应在所需范围以上衰减，以防止出现不希望的振荡的可能性。此外，如果二极管没有与输出晶体管在电气和热方面完全匹配，则此处显示的固定二极管偏置会导致问题——如果输出晶体管开启过多，它们很容易过热并自毁，因为此时电源的全部电流没有受到限制。

一个帮助稳定输出器件的常见解决方案是包含一些发射极电阻，通常为一欧姆左右。电路电阻器和电容的计算值取决于所使用的元件和放大器的预期用途。

关于实现的说明

现实世界中的放大器是不完美的。

• 一个后果是电源本身可能会影响输出，在设计放大器时必须考虑这一点
• 放大器电路具有“开环”性能，可以通过各种参数（增益、转换速率、输出阻抗、失真、带宽、信噪比...）来描述。
• 许多现代放大器使用负反馈技术来保持增益在所需的值，减少失真并改善频率响应。

不同的供电方式会导致许多不同的偏置方法。偏置是一种技术，通过该技术，有源器件被设置为在特定状态下工作，或者通过该技术，输出信号的直流分量被设置为电源所能提供的最大电压之间的中点。大多数放大器在每个级使用多个器件；它们在规格方面通常匹配，除了极性。匹配的反极性器件称为互补对。A 类放大器通常只使用一个器件，除非电源被设置为提供正负电压，在这种情况下，可以使用双器件对称设计。C 类放大器，根据定义，使用单极性电源。

大多数放大器具有级联的多个级以增加增益。这些设计中的每个级可能都是不同类型的放大器，以适合该级的需要。例如，第一级可能是 A 类级，馈送 AB 类推挽第二级，然后驱动 G 类最终输出级，利用每种类型的优势，同时最大程度地减少其缺点。