串饋型甲類功放的一個缺點是效率低，另一個缺點是，會有大量的直流電流分量經過負載RL，有時候我們在負載上僅僅需要被放大的交流分量，而不需要直流分量（比如揚聲器）。這時就可以使用變壓器耦合型甲類功放。
變壓器耦合型甲類功率放大器使用變壓器耦合輸出到負載，負載僅能收到放大的交流信號，而沒有直流分量。其另一個好處是功率效率最大能達到50%，一個基本的變壓器耦合甲類功放電路如下圖所示：
圖5-03.01
1. 直流分析
當沒有輸入電壓Vi時，電路處於直流工作狀態，此時的變壓器中的電流沒有交變，線圈繞組的電阻非常小（一般從零點幾歐到幾歐不等），次級線圈得不到任何功率，負載RL完全收不到任何功率輸出。由於變壓器線圈的直流電阻非常小，使得直流負載線的斜率非常大，近似於垂直，我們可以將其近似視為一條豎直的直線，其與x軸的交點近似為VCC，如下圖所示：
圖5-03.02
然后再對電路計算直流參量IBQ，算出IBQ后，直流負載線與這個IBQ對應的輸出曲線的交點即為靜態工作點Q。
2. 交流分析
當輸入電壓Vi為正弦小信號電壓時，此時的情況就完全不一樣了。正弦交變的Vi會使得集電極電流IC也正弦交變，此時變壓器就開始發揮作用，在變壓器的次級線圈會感生出正弦電壓，然后負載RL的阻值會被映射到變壓器初級，其映射到變壓器初級的等效電阻值為：
只要存在正弦輸入Vi，RL就會在變壓器初級映射出RL'的阻值，且這個阻值不隨Vi的頻率和幅度的變化而變化，總是呈現出一個固定值。因此，當存在交流輸入信號Vi時，BJT晶體管的集電極就相當於接了一個阻值不變的電阻RL'。這個電阻的特性是，只要存在交流輸入信號Vi，它就相當於一個普通電阻那樣存在；當沒有交流輸入信號Vi時，它就不存在（阻值變為近似於0）。
因此，在存在交流輸入信號Vi的情況下，由於集電極多了這個電阻RL'，我們需要重新畫一條負載線，如下圖所示：
圖5-03.03
一般的文獻或模電書上都會將其稱為：交流負載線。不過這個名詞常常會令初學者感到困惑，嚴格來講，它應該叫做：存在交流輸入時RL映射成固定電阻RL'時的負載線，有點拗口，不過有助於厘清概念。
現在來看這條交流負載線是如何得到的，由於這個共射電路僅存在一個集電極映射電阻RL'，因此其斜率為-1/RL'。根據變壓器理論，當交流正弦輸入Vi通過0點的瞬間，變壓器的初級線圈感生出的電勢也正好為0，因此，此時的瞬時iB、iC、vCE正好等同於前面直流分析時計算出的IB、IC、VCE，因此交流負載線會與靜態工作點Q相交。利用斜率和Q點，我們就可以用作圖法畫出這條交流負載線，如上圖5-03.03中所示。
需要注意的是，由於變壓器的初級線圈會產生感生電勢，疊加上VCC后，會使得交流負載線與x軸的交點大於VCC。因此還要驗證波動電壓沒有超過晶體管CE端的承受能力
3. 功率分析
● 輸入功率：
當時輸入信號為0時，放大電路消耗的即為維持靜態工作點的偏置功率，此時從電源獲得的輸入功率為：
當存在輸入信號時，從電源獲得的電流IC會在靜態工作點上下波動，由於正弦信號的對稱性，因此從電源獲得的平均功率不變，仍然可用上式表示。
● 輸出功率：
當存在輸入信號時，輸出功率即為負載RL上消耗的功率，一般我們用有效值（rms）來表示交流電壓和交流電流，輸出功率表達式為：
4. 效率分析
在最理想情況時，負載能得到最大的電壓波動范圍，靜態工作點處於輸出曲線的中間位置，由於靜態工作點我們已經確定為VCC，那么最理想的情況時，交流負載線與x軸的交流為2VCC、與y軸的交點為2ICQ，此時可以最充分地利用交流負載線的全部范圍且不使輸出波形失真，如下圖所示。
圖5-03.04
在此理想情況下，輸出電壓有效值和輸出電流有效值分別為：
因此理論最大效率為：
這個只是變壓器耦合甲類功放的最理想情況上的理論最大效率，在實際應用中，一般很難使靜態工作點正好位於交流負載線的正中位置，因此實際的變壓器耦合甲類功放的工作效率都會低於50%。
歡迎關注本博公眾號，可方便在手機端訪問和索引本博技術文章：
（ end of 5-3）