實用電子學/放大器

放大器可以根據其輸入和輸出特性進行指定。^[1] 它們具有一定的增益，或將輸出訊號的大小與輸入訊號的大小相關的乘法因子。增益可以指定為“輸出電壓/輸入電壓”、“輸出功率/輸入功率”或電流、電壓和功率的任何其他組合。在許多情況下，當輸入和輸出採用相同的單位時，增益將是無單位的；對於其他情況，這並非必需的——例如，跨導放大器的增益具有電導單位（輸出電流/輸入電壓）。

在大多數情況下，放大器應該是線性的，也就是說增益對於輸入和輸出訊號的任何組合應該是恆定的。如果增益不是線性的，例如透過在輸出訊號能力的極限處對其進行削波，則輸出訊號會失真。

放大器級和系統的分類

有許多替代分類方法來解決放大器設計的不同方面，它們都表達了某種特定視角，將設計引數與電路目標相關聯。放大器設計始終是眾多因素的折衷，例如成本、功耗、現實世界中的器件缺陷以及各種效能規格。下面是一些不同的分類方法

輸入和輸出變數

四種類型的受控源；控制變數在左側，輸出變數在右側

電子放大器使用兩個變數：電流和電壓。兩者都可以用作輸入，也可以用作輸出，從而產生四種類型的放大器。在理想形式中，它們由線性分析中使用的四種類型的受控源中的每一種表示，如圖所示，即

輸入	輸出	受控源	放大器型別
I	I	電流控制電流源 CCCS	電流放大器
I	V	電流控制電壓源 CCVS	跨阻放大器
V	I	電壓控制電流源 VCCS	跨導放大器
V	V	電壓控制電壓源 VCVS	電壓放大器

每種型別的放大器在其理想形式中具有與相應的受控源相同的理想輸入和輸出電阻：^[2]

放大器型別	受控源	輸入阻抗	輸出阻抗
電流	CCCS	0	∞
跨阻	CCVS	0	0
跨導	VCCS	∞	∞
電壓	VCVS	∞	0

在實踐中，理想阻抗僅是近似的。對於任何特定電路，小訊號分析通常用於找到實際實現的阻抗。一個小訊號交流測試電流 I_x 被施加到輸入或輸出節點，所有外部電源都被設定為零，相應的交變電壓 V_x 穿過測試電流源確定該節點處看到的阻抗為 R = V_x / I_x。

設計用於在輸入和/或輸出處連線到傳輸線的放大器，特別是射頻放大器，不適合這種分類方法。它們不是單獨處理電壓或電流，而是理想地與傳輸線阻抗匹配的輸入和/或輸出阻抗耦合，即電壓與電流的比率匹配。許多實際的射頻放大器接近於這種理想狀態。雖然，對於給定的適當的源和負載阻抗，射頻放大器可以被表徵為放大電壓或電流，但它們從根本上是放大功率。^[3]

公共端

放大器的一組分類方法是基於哪個器件端子對輸入和輸出電路都共用。在雙極結型電晶體的情況下，三類是共射極、共基極和共集電極。對於場效應電晶體，相應的配置是共源極、共柵極和共漏極；對於三極真空器件，共陰極、共柵極和共板極。

單向或雙向

當放大器的輸出沒有表現出反饋到其輸入側時，它被稱為單向。一個結果是放大器具有一個與連線到放大器的負載無關的輸入阻抗，以及一個與驅動放大器的訊號源無關的輸出阻抗。

相反的情況是雙向放大器，其中反饋將輸出連線到放大器的輸入側。這種反饋通常是故意的，例如負反饋通常用於調整放大器的行為。但是，至少同樣常見的是，反饋既不需要也不可避免；例如，由寄生元件引入，例如電晶體中固有的、不需要的電容，這些電容將輸入耦合到輸出。在任何情況下，雙向放大器都具有取決於連線到放大器的負載的輸入阻抗，以及取決於驅動放大器的源的輸出阻抗。

線性單向和雙向放大器可以用二埠網路表示。大多數放大器在某種程度上都是雙向的，但是它們通常可以在某些工作條件下被建模為單向，以簡化分析（例如，參見共基極文章）。

反相或非反相

另一種對放大器進行分類的方法是輸入訊號和輸出訊號的相位關係。**反相**放大器的輸出訊號與輸入訊號相位相差 180 度（即，在示波器上看到的輸入訊號的倒置或映象）。**非反相**放大器保持輸入訊號波形的相位。**射極跟隨器**是一種非反相放大器，表示電晶體射極處的訊號跟隨（即，與輸入訊號匹配，但可能存在偏移）輸入訊號。

這種描述可以適用於放大器的單個級，也可以適用於完整的放大器系統。

功能

其他放大器可以根據其功能或輸出特性進行分類。這些功能描述通常適用於完整的放大器系統或子系統，很少適用於單個級。

• **伺服放大器**表示一個整合的反饋迴路，以主動控制輸出至某個期望的水平。**直流伺服**表示在低至直流電平的頻率下使用，其中不會發生音訊或射頻訊號的快速波動。這些通常用於機械致動器或裝置（例如直流電機）中，這些裝置必須保持恆定的速度或扭矩。**交流伺服**放大器可以對某些交流電機執行此操作。
• **線性**放大器對不同的頻率成分獨立地做出響應，不會產生諧波失真或互調失真。**非線性**放大器會產生失真。
• **寬頻**放大器在很寬的頻率範圍內具有精確的放大係數，通常用於增強通訊系統中繼的訊號。**窄帶**放大器用於放大特定窄頻範圍內的頻率，排除其他頻率。
• **射頻**放大器是指專為電磁頻譜的射頻範圍使用的放大器，通常用於提高接收機的靈敏度或發射機的輸出功率。
• **音訊放大器**專為用於再現音訊頻率而設計。此類別細分為小訊號放大和功率放大，功率放大經過最佳化，可驅動揚聲器，有時多個放大器分組在一起，作為獨立的或可橋接的通道，以適應不同的音訊再現需求。
• 一種特殊的放大器廣泛應用於儀器和訊號處理中，以及許多其他不同的用途。這些被稱為**運算放大器**（或**運放**）。這是因為這種型別的放大器用於執行對輸入訊號執行數學演算法功能或“運算”以獲得特定型別輸出訊號的電路。典型的運放具有差分輸入（相對於輸出，一個為“反相”，一個為“非反相”）和一個輸出。理想運放具有以下特性
  • 無限輸入阻抗（因此不會對它作為控制輸入進行取樣的電路造成負載）
  • 零輸出阻抗
  • 無限增益
  • 零傳播延遲

具有這些特性的運放的效能將完全由構成圍繞它的負反饋迴路的（通常是被動的）元件定義，即，*放大器本身對輸出沒有影響*。

如今，運放通常以積體電路的形式提供，而不是用分立元件構建。所有現實世界的運放都無法達到上述理想規格 - 但一些現代元件具有非凡的效能，在某些方面接近理想。

大多數放大器和許多其他型別的類比電子產品都是使用運放構建的。它們非常有用，因此我們專門為它們設定了一個部分，實用電子/運算放大器。

級間耦合方法

放大器有時根據輸入、輸出或級間訊號的耦合方法進行分類。這些的不同型別包括

• **RC 耦合放大器，使用電阻器和電容器網路。** 由於設計使然，這些放大器無法放大直流訊號，因為電容器會阻擋輸入訊號的直流分量。RC 耦合放大器在使用真空管或分立電晶體的電路中非常常用。在積體電路的時代，晶片上的幾個額外的電晶體比電容器便宜得多，體積也小得多。
• **LC 耦合放大器，使用電感器和電容器網路。** 這種型別的放大器最常用於選擇性射頻電路。
• **變壓器耦合放大器，使用變壓器匹配阻抗或解耦電路的各個部分。** 通常 LC 耦合和變壓器耦合放大器難以區分，因為變壓器是一種電感器。
• **直接耦合放大器，不使用阻抗和偏置匹配元件。** 這種型別的放大器在真空管時代非常罕見，當時陽極（輸出）電壓為幾百伏，而柵極（輸入）電壓為幾伏負值。因此，它們僅在需要將增益指定到直流電平的情況下使用，例如在示波器中。在現代電子裝置的背景下，鼓勵開發人員儘可能使用直接耦合放大器。

頻率範圍

根據頻率範圍和其他特性，放大器根據不同的原理設計。

• 低至直流電平的頻率範圍僅在需要此特性時使用。直流放大會導致特定的複雜性，如果可能，應避免這些複雜性。
• 根據指定的頻率範圍，必須使用不同的設計原理。在兆赫茲範圍內，只需要考慮“離散”特性，例如，終端具有輸入阻抗。
• 只要電路內的任何連線長度超過最高指定頻率波長的 1%（例如，在 100 兆赫茲時，波長為 3 米，因此臨界連線長度可能為 3 釐米），設計特性就會發生根本變化。例如，PCB 跡線的指定長度和寬度可以用作選擇性或阻抗匹配實體。
• 在幾百兆赫茲以上，使用離散元件（特別是電感器）變得很困難。在大多數情況下，使用具有非常精確形狀的 PCB 跡線代替。

負載型別

• 未調諧 - (a) 音訊 (b) 影片
• 調諧 (射頻放大器) - 用於放大單個無線電頻率或頻帶。

實現

放大器使用不同型別的**有源元件**來實現。

• 第一個有源元件是繼電器。它們在 19 世紀用於跨大陸電報線路；微弱的電流用於切換電池的電壓到輸出線。
• 為了傳輸音訊，碳話筒被用作第一個有源元件。
• 直到 20 世紀 70 年代初，許多放大器使用真空管（英國稱為“閥門”）。如今，真空管通常僅用於超高功率、高頻放大器、微波爐、CRT 電視以及特殊音訊應用，在該領域它們已獲得一定程度的普及。許多廣播發射器仍在使用真空管。閥門對電磁脈衝損傷的免疫性可能導致它們在某些國防領域得以保留。
• 20 世紀 50 年代，電晶體開始逐漸取代真空管。如今，分立電晶體仍然在許多電子產品中使用，但正越來越多地被積體電路取代。
• 從 20 世紀 70 年代開始，越來越多的電晶體連線在單個晶片上，從而產生了積體電路。今天市面上大部分可用的放大器都是基於積體電路。

出於特殊目的，已經使用了幾個其他有源元件。例如，在通訊衛星的早期階段，使用了引數放大器。核心電路是一個二極體，其電容由本地產生的射頻訊號改變。在某些條件下，該射頻訊號提供能量，該能量被接收在地面站的極其微弱的衛星訊號調製。引數放大器的操作原理與孩子們保持鞦韆擺動原理有些類似：只要鞦韆在移動，你只需要改變擺動實體的“引數”，例如，你必須上下移動你的重心。在本例中，二極體的電容定期變化。

功率放大器類別

流動角度或導通角

功率放大器電路（輸出級）根據放大器件的導通角或“電流角”Θ（即放大器件導通的輸入訊號週期的部分）進行分類。對於模擬設計，分為A、B、AB和C類，對於開關設計，分為D類和E類。電流角影像來自放大正弦訊號。（如果器件始終開啟，則Θ = 360°。）電流角與放大器功率效率密切相關。下文將介紹各種類別，之後將在各個標題下進行更詳細的討論。

A類

使用100% 的輸入訊號（導通角Θ = 360° 或 2π，即有源元件始終在其線性範圍內工作）。在效率不是考慮因素的情況下，大多數小訊號線性放大器都設計為A類，這意味著輸出器件始終處於導通區域。A類放大器通常比其他型別更線性且更簡單，但效率很低。這種型別的放大器最常用於小訊號級或低功率應用（例如驅動耳機）。

B類

每個輸出電晶體使用50% 的輸入訊號（Θ = 180° 或 π，即有源元件在其線性範圍內工作一半時間，並在另一半時間內或多或少地關閉）。在大多數B類放大器中，有兩個輸出器件（或輸出器件組），每個器件交替導通（推輓）正好 180 度（或半個週期）的輸入訊號；也可以使用單個有源元件實現選擇性射頻放大器。

如果從一個有源元件到另一個有源元件的切換不完美，這些放大器會發生交越失真，例如，當兩個互補電晶體（即一個 PNP，一個 NPN）連線為兩個共發射極跟隨器，且它們的基礎和發射極端子公用，需要基礎電壓跨越兩個器件都關閉的區域。^[4]

AB類

這裡，兩個有源元件的導通時間超過一半，以此來減少B類放大器的交越失真。以互補共發射極跟隨器為例，偏置網路允許或多或少地存在靜態電流，從而提供一個位於A類和B類之間的工作點。有時會新增一個數字，例如AB₁或AB₂，數字越大表示靜態電流越大，因此更接近A類的特性。

D類

這些放大器使用開關來實現非常高的功率效率（在現代設計中超過 90%）。透過使每個輸出器件完全開啟或關閉，可以將損耗降到最低。模擬輸出是透過脈衝寬度調製（PWM）建立的，即有源元件在較短或較長的時間間隔內開啟，而不是修改其電阻。還有更復雜的開關方案，例如Σ-Δ調製，以改善某些效能方面，例如降低失真或提高效率。

其他類別

還有一些其他放大器類別，但它們主要是前面幾類別的變體。例如，H類和G類放大器以根據輸入訊號改變電源軌（分別以離散步進或連續方式）為特徵。可以減少輸出器件上的浪費熱量，因為過量電壓被降低或保持在最低限度。接收這些電源軌的放大器本身可以是任何類別。這些放大器比較複雜，主要用於專門的應用，例如超高功率單元。此外，E類和F類放大器通常在文獻中被描述為射頻應用，在這種應用中，傳統類別的效率與其理想值有很大偏差。這些類別使用其輸出網路的諧波調諧來實現更高的效率，並且可以被認為是C類的一個子集，因為它們具有導通角特性。

下文將提供有關各種類別的更多詳細資訊。

A類

A類放大器件在整個輸入週期內工作。輸出訊號通常是輸入訊號的放大副本。A類放大器是實現小訊號放大器的常用手段。它們效率不高；使用電感輸出耦合可以獲得理論上的最大效率 50%，而使用電容耦合只能獲得 25%。

在A類電路中，放大元件的偏置使得器件始終處於某種程度的導通狀態，並且在其特性曲線的線性部分（稱為傳遞特性或跨導曲線）工作。由於器件始終處於導通狀態，即使沒有輸入，也會從電源中汲取電流。靜態功耗很高，因此效率很低。

A類放大器

如果需要從A類電路中獲得高輸出功率，那麼功率浪費（以及隨之而來的熱量）相當大。對於送到負載上的每瓦功率，放大器本身至少會消耗另外一瓦功率。對於大功率，這意味著需要大型且昂貴的電源和散熱器。A類設計在很大程度上已被音訊功率放大器取代，儘管一些音響發燒友認為A類可以提供最佳音質，因為其工作方式儘可能線性，這為昂貴的高保真A類放大器提供了一個小市場。此外，一些發燒友更喜歡熱離子管（或“電子管”）設計而不是電晶體，因為他們認為其音質更好。

A類放大器通常用於運算放大器的輸出級；它們有時用作中等功率、低效率和高成本的音訊放大器。放大交流訊號時，平均功耗與輸出功率無關。在空閒狀態（無輸入）下，功耗與高輸出音量時基本相同。結果是效率低，熱耗散高。

B類和AB類

B類放大器使用 2 個有源元件，每個元件放大輸入波形週期的一半。它們會產生一些失真，因為一個器件在切換到另一個器件時會發生失真，但它們的效率遠高於A類。B類放大器的理論最大效率為 78.5%（即 π/4）。 這是因為放大元件中的靜態電流為零。

在實際應用中很少見到單個B類元件，儘管它可以用於射頻功率放大器，在這種放大器中，失真水平不那麼重要。然而，C類更常用於此目的。

使用B類元件的實用電路是互補對或“推輓”排列。在這裡，互補（或準互補）器件用於分別放大輸入訊號的相反半部分，然後在輸出端將這些半部分重新組合。這種排列效率很高，但可能存在一個缺點，即訊號兩個半部分之間的“連線點”存在一個小誤差。這被稱為交越失真。改進的方法是偏置器件，使它們在不使用時不會完全關閉。這種方法稱為AB類工作。

在AB類工作中，每個器件在波形的一半中以與B類相同的方式工作，但在另一半中也導通少量電流。結果，兩個器件同時幾乎關閉的區域（“死區”）減小。結果是，當來自兩個器件的波形組合時，交越被大大最小化或消除。

AB類在犧牲了一些效率以換取線性的同時，始終比B類效率低（低於 78.5%）。它通常比A類效率高得多。

B類推輓式放大器

B類或AB類推輓式電路是音訊功率放大器中最常見的型別。AB類被廣泛認為是音訊放大器的一個很好的折衷方案，它具有B類的大部分效率，但幾乎沒有B類的失真。負反饋可以進一步減少交越失真。B類和AB類放大器有時也用作射頻線性放大器。B類放大器也是電池供電裝置（例如電晶體收音機）的首選。

數字B類

B類放大器在邏輯 IC 中被廣泛使用。它們比A類效率高得多，並且主要用於提供邏輯 1 或 0 輸出。一些B類放大器在某些情況下還會提供高阻抗輸出。

C類

C類放大器導通的輸入訊號少於 50%，通常只在輸入峰值時導通。失真很大，但可以實現很高的效率（高達 90%）。一些應用（例如擴音器）可以容忍失真。C類放大器的更常見應用是射頻發射機，在射頻發射機中，失真可以透過在放大器級使用調諧負載來大幅度降低。輸入訊號用於在峰值時切換放大器件，並且透過調諧電路重新建立完整的波形。

C 類放大器有兩種工作模式：調諧和非調諧。^[5] 下面的圖示顯示了一個簡單的 C 類電路在沒有調諧負載時的波形。這被稱為非調諧操作，對波形的分析顯示了訊號中出現的巨大失真。當使用適當的負載（例如，純 LC 濾波器）時，會發生兩件事。首先是輸出的偏置電平被“鉗位”，使得輸出變化以電源電壓的一半為中心。這就是調諧操作有時被稱為“鉗位器”的原因。這種提高偏置電平的作用使波形恢復到其適當的形狀，從而允許在只有單極性電源的情況下重建完整的波形。這與第二個現象直接相關：中心頻率上的波形失真要小得多。存在的失真取決於調諧負載的頻寬，中心頻率的失真非常小，但訊號越遠離調諧頻率，衰減就越大。

調諧電路只會在特定頻率下產生共振，因此不需要的頻率被顯著抑制，而需要的完整訊號（正弦波）將被調諧負載提取（例如，當高品質的鈴鐺被錘子週期性地敲擊時，它會在特定頻率下發出聲音）。只要發射器不需要在非常寬的頻率範圍內工作，這種安排就非常有效。其他殘餘諧波可以使用濾波器消除。

C 類放大器

D類

基本開關或 PWM（D 類）放大器的框圖。

D 類放大器的效率遠高於 AB 類功率放大器。因此 D 類放大器使用更小、更輕的變壓器和散熱器。D 類放大器中的功率器件以開/關模式工作。脈衝發生器中使用的輸出級是 D 類放大器的例子。該術語通常適用於旨在以遠低於開關頻率的頻寬再現訊號的器件。

這些放大器使用脈衝寬度調製、脈衝密度調製（有時稱為脈衝頻率調製）或更高階的調製形式，如 Delta-sigma 調製（例如，在 Analog Devices AD1990 D 類音訊功率放大器中）。

輸入訊號被轉換為一系列脈衝，其平均值與訊號的瞬時幅度成正比。脈衝的頻率通常是輸入訊號中最高頻率的十倍或更多。這種放大器的輸出包含不需要的頻譜成分（即，脈衝頻率及其諧波），這些成分必須透過無源濾波器去除。然後，得到的濾波訊號是輸入訊號的放大副本。

D 類放大器的主要優點是效率。因為輸出脈衝具有固定的幅度，所以開關元件（通常是 MOSFET，但也曾使用過電子管和雙極型電晶體）處於開或關狀態，而不是線上性模式下工作。這意味著電晶體消耗的功率非常少，除了在開和關狀態之間的很短時間內。浪費的功率很低，因為電晶體中消耗的瞬時功率是電壓和電流的乘積，而其中一個幾乎總是接近於零。

D 類放大器可以透過類比電路或數位電路控制。數字控制會引入額外的失真，稱為量化誤差，這是由其將輸入訊號轉換為數字值引起的。

D 類放大器已被廣泛用於控制電機，幾乎專門用於小型直流電機，但現在也用作音訊放大器，並帶有將模擬訊號轉換為更高頻率的脈衝寬度調製訊號的電路。在實現良好的音訊質量方面相對困難意味著幾乎所有 D 類放大器都用於質量不是因素的應用，例如筆記型電腦、價格適中的書架式音響系統和中檔家庭影院系統中的“DVD 接收機”。

高質量的 D 類音訊放大器現在開始出現在市場上

• Tripath 將其修改後的 D 類設計稱為 T 類。
• Bang and Olufsen 的 ICEPower D 類系統已用於 Alpine PDX 系列和一些 Pioneer 的 PRS 系列以及其他製造商的裝置。

據說這些經過修改的設計在質量方面可以與傳統的 AB 放大器相媲美。

在這些更高質量的設計出現之前，D 類放大器早期的應用以及應用最廣泛的領域是汽車中的高功率低音炮放大器。由於低音炮通常限制在不高於 150Hz 的頻寬內，因此放大器的開關速度不必像全頻放大器那樣快。D 類設計用於為低音炮供電的缺點是它們的輸出濾波器（通常是將脈衝寬度訊號轉換回模擬波形的電感器）會降低放大器的阻尼係數。

這意味著放大器無法阻止低音炮的反應特性降低低音音效的影響（如 AB 類部分的反饋部分所述）。用於驅動低音炮的 D 類放大器相對便宜，與 AB 類放大器相比。一個 1000 瓦的 D 類低音炮放大器，其效率約為 80% 到 95%，價格約為 250 美元，遠低於同等功率的 AB 類放大器，後者將花費數千美元。

用來表示這種放大器類的字母 D 只是在 C 之後出現的下一個字母，並不代表 數字。D 類和 E 類放大器有時會被誤認為是“數字”的，因為輸出波形表面上類似於數字符號的脈衝序列，但 D 類放大器只是將輸入波形轉換為連續的脈衝寬度調製（方波）模擬訊號。（數字波形將是脈衝編碼調製）。

特殊類別

E 類

E/F 類放大器是一種高效的開關功率放大器，通常在非常高的頻率下使用，以至於開關時間與佔空比相當。正如 D 類放大器中所述，電晶體透過串聯 LC 電路連線到負載，並透過一個大 L（電感）連線到電源電壓。電源電壓透過一個大電容器連線到地，以防止任何射頻訊號洩漏到電源中。E 類放大器在電晶體和地之間添加了一個 C，並使用一個定義的 L₁ 連線到電源電壓。

E 類放大器

以下描述忽略了直流電，可以之後輕鬆新增。上面提到的 C（圖中為 C1）和 L實際上是並聯的 LC 電路到地。當電晶體導通時，它會透過串聯 LC 電路推入負載，並且一些電流開始流向並聯的 LC 電路到地。然後串聯 LC 電路回擺並補償並聯 LC 電路中的電流。此時，流過電晶體的電流為零，並將其關閉。兩個 LC 電路現在都充滿能量，分別在 C 和 L₀ 中。整個電路執行一個阻尼振盪。負載的阻尼已調整好，以便一段時間後，Ls 中的能量都進入負載，但 C₀ 中的能量都達到峰值，恢復到原始值，從而反過來恢復原始電壓，使電晶體上的電壓再次為零，可以重新導通。

在負載、頻率和佔空比 (0.5) 作為給定引數以及電壓不僅恢復，而且達到峰值達到原始電壓的約束下，四個引數（L、L₀、C 和 C₀）被確定。F 類放大器考慮了有限的導通電阻，並試圖使電流觸底為零。這意味著電晶體上的電壓和電流相對於時間是對稱的。傅立葉變換允許使用一種優雅的公式來生成複雜的 LC 網路。它表明第一諧波被傳遞到負載，所有偶數諧波被短路，所有更高奇數諧波被開路。

F 類和偶數諧波

在推輓放大器和 CMOS 中，兩個電晶體的偶數諧波正好抵消。實驗表明，方波可以透過這些放大器產生，數學表明，方波只包含奇數諧波。在 D 類放大器中，輸出濾波器阻止所有諧波，這意味著諧波看到開路負載。因此，即使諧波中的電流很小，也足以產生方波電壓。電流與施加到濾波器的電壓同相，但電晶體上的電壓反相。因此，電晶體電流與電晶體上的電壓之間幾乎沒有重疊。邊緣越尖銳，重疊越小。

雖然D類放大器將電晶體和負載視為兩個獨立的模組，但F類放大器則承認電晶體寄生引數等缺陷，並試圖最佳化全域性系統，使其在諧波處具有高阻抗。當然，電晶體兩端必須存在有限的電壓，才能推動電流透過導通狀態電阻。由於流過兩個電晶體的組合電流主要集中在基波，因此看起來像正弦波。這意味著在方波的中點，必須流過最大電流，因此在方波中出現一個下降可能是合理的，換句話說，允許電壓方波出現一些過沖。F類負載網路的定義是必須在截止頻率以下傳輸，並在截止頻率以上反射。

任何低於截止頻率且第二諧波高於截止頻率的頻率都可以被放大，即一個倍頻程頻寬。另一方面，具有較大L和可調C的LC串聯電路可能更易於實現。透過將佔空比降低到0.5以下，可以調製輸出幅度。電壓方波將劣化，但任何過熱都將由流過的總功率降低來補償。濾波器後面的任何負載失配只會影響基波電流波形，顯然只有純電阻性負載才是合理的，那麼電阻越低，電流就越大。

F類放大器可以用正弦波或方波驅動，對於正弦波，可以透過L來調整輸入以增加增益。如果使用單個電晶體實現F類放大器，則濾波器將變得複雜，需要短路偶數諧波。所有以前的設計都使用尖銳的邊沿來最大限度地減少重疊。E類放大器使用大量的第二諧波電壓。第二諧波可用於減少具有有限尖銳度的邊沿的重疊。為了使這能夠起作用，第二諧波上的能量必須從負載流向電晶體，而在電路圖中沒有看到為此提供能量的來源。實際上，阻抗主要是電抗性的，它存在的原因僅僅是因為E類放大器是具有非常簡化的負載網路的F類放大器，因此必須處理缺陷。

在許多E類放大器的業餘愛好者模擬中，假設電流邊沿很尖銳，這抹殺了E類放大器的核心動機，並且在電晶體過渡頻率附近的測量結果顯示出非常對稱的曲線，這與F類放大器的模擬結果非常相似。E類放大器由Nathan O. Sokal和Alan D. Sokal於1972年發明，其詳細資訊首次發表在1975年。^[6]一些關於此工作類的早期報告已在俄語中發表。

G類和H類

有各種各樣的放大器設計將AB類輸出級與其他更高效的技術結合起來，以實現更高的效率和低失真。這些設計在大型音訊放大器中很常見，因為在沒有效率提高的情況下，散熱器和電源變壓器將過於龐大（且昂貴）。“G類”和“H類”這兩個術語可互換使用以指代不同的設計，其定義因製造商或論文而異。

G類放大器（使用“軌跡切換”來降低功耗並提高效率）比AB類放大器效率更高。G類放大器具有幾個不同電壓的電源軌，並在訊號輸出接近每個電源軌時在這些電源軌之間切換。因此，放大器透過減少輸出電晶體的浪費功率來提高效率。

H類放大器將G類的理念更進一步，建立了一個無限可變的電源軌。這是透過調製電源軌來實現的，這樣電源軌在任何給定時間都只比輸出訊號高几伏。輸出級始終以最高效率執行。開關模式電源可用於建立跟蹤電源軌。可以實現顯著的效率提升，但缺點是電源設計更復雜，THD效能降低。

• 效率H類

最容易理解這些類別的方法是使用下面各節中的圖表。為了便於說明，雙極結型電晶體被用作放大器件，但實際上，它可以是MOSFET或真空管器件。在模擬放大器（最常見的型別）中，訊號被施加到器件的輸入端（基極、柵極或柵網），這會導致一個比例輸出驅動電流從輸出端流出。輸出驅動電流來自電源。

因此，顯示的電壓訊號是輸入訊號的放大版本，但符號已更改（反相）了。放大器件的其他排列也是可能的，但給出的（即共發射極、共源極或共陰極）是最容易理解並在實踐中使用的。如果放大元件是線性的，則輸出將是輸入的忠實副本，只是更大並且反相。在實際應用中，電晶體不是線性的，輸出只會近似於輸入。來自多種來源中的任何一種的非線性是放大器中失真產生的根源。放大器屬於哪一類（A、B、AB或C）取決於放大器件的偏置方式——在圖中，為了清晰起見，省略了偏置電路。

任何實際的放大器都是理想放大器的有缺陷的實現。實際放大器的一個重要限制是，它所能產生的輸出最終受電源提供的功率的限制。如果輸入訊號變得太大，放大器無法重現，或者器件的工作限制被超過，放大器將飽和並削波輸出。

放大器電路

下面的實際放大器電路可以作為中等功率音訊放大器的基礎。它具有現代放大器中常見的典型（儘管大大簡化）設計，具有AB類推輓輸出級，並使用了一些整體負反饋。顯示了雙極電晶體，但該設計也可以用FET或電子管實現。

一個實際的放大器電路

輸入訊號透過電容C1耦合到電晶體Q1的基極。電容允許交流訊號透過，但阻止了由電阻R1和R2建立的直流偏置電壓，因此任何前面的電路都不會受到影響。Q1和Q2構成一個差動放大器（一個將兩個輸入之間的差乘以某個常數的放大器），在一個稱為長尾對的排列中。這種排列用於方便地允許使用負反饋，負反饋從輸出透過R7和R8饋送到Q2。

反饋到差動放大器的負反饋允許放大器將輸入與實際輸出進行比較。來自Q1的放大訊號直接饋送到第二級Q3，Q3是一個共發射極級，它提供訊號的進一步放大和輸出級Q4和Q5的直流偏置。R6為Q3提供負載（更好的設計可能會在此處使用某種形式的有源負載，例如恆流源）。到目前為止，所有放大器都處於A類工作狀態。輸出對以AB類推輓方式排列，也稱為互補對。它們提供大部分電流放大，並直接驅動負載，負載透過直流隔離電容C2連線。二極體D1和D2為輸出對提供少量恆壓偏置，只是將它們偏置到導通狀態，以最大限度地減少交越失真。也就是說，二極體將輸出級牢固地推入AB類模式（假設輸出電晶體的基極發射極壓降因熱耗散而降低）。

這種設計很簡單，但它是實際設計的一個良好基礎，因為它會自動穩定其工作點，因為反饋在內部從直流一直工作到音訊範圍以及更遠。在實際設計中可能會發現更多電路元件，這些元件會將頻率響應在所需範圍以上衰減，以防止出現不希望的振盪的可能性。此外，如果二極體沒有與輸出電晶體在電氣和熱方面完全匹配，則此處顯示的固定二極體偏置會導致問題——如果輸出電晶體開啟過多，它們很容易過熱並自毀，因為此時電源的全部電流沒有受到限制。

一個幫助穩定輸出器件的常見解決方案是包含一些發射極電阻，通常為一歐姆左右。電路電阻器和電容的計算值取決於所使用的元件和放大器的預期用途。

關於實現的說明

現實世界中的放大器是不完美的。

• 一個後果是電源本身可能會影響輸出，在設計放大器時必須考慮這一點
• 放大器電路具有“開環”效能，可以透過各種引數（增益、轉換速率、輸出阻抗、失真、頻寬、信噪比...）來描述。
• 許多現代放大器使用負反饋技術來保持增益在所需的值，減少失真並改善頻率響應。

不同的供電方式會導致許多不同的偏置方法。偏置是一種技術，透過該技術，有源器件被設定為在特定狀態下工作，或者透過該技術，輸出訊號的直流分量被設定為電源所能提供的最大電壓之間的中點。大多數放大器在每個級使用多個器件；它們在規格方面通常匹配，除了極性。匹配的反極性器件稱為互補對。A 類放大器通常只使用一個器件，除非電源被設定為提供正負電壓，在這種情況下，可以使用雙器件對稱設計。C 類放大器，根據定義，使用單極性電源。

大多數放大器具有級聯的多個級以增加增益。這些設計中的每個級可能都是不同型別的放大器，以適合該級的需要。例如，第一級可能是 A 類級，饋送 AB 類推輓第二級，然後驅動 G 類最終輸出級，利用每種型別的優勢，同時最大程度地減少其缺點。