ab類功放詳解

　　A（甲）類功放對(duì)于B（乙）類功放而言，聲音上有明顯優(yōu)點(diǎn)是無(wú)庸置疑的，我就從它們的工作原理來(lái)談?wù)劇?/p>

　　晶體管功率放大器是由三極管組成的，而三極管是由幾組N-P、N-P結(jié)構(gòu)成的，

　　這個(gè)N-P結(jié)，當(dāng)沒(méi)有外加電壓時(shí)是截止的（關(guān)閉）只有在上面外加一個(gè)偏置電壓并且高于它的門限電壓（硅管是0.6V，鍺管0.2V）這個(gè)N-P結(jié)才會(huì)導(dǎo)通（打開(kāi)）有電流通過(guò)，三極管才開(kāi)始工作。B類工作狀態(tài)就是不外加一個(gè)固定偏置電壓，由信號(hào)電壓來(lái)打開(kāi)，因此當(dāng)信號(hào)電壓小于0.6V時(shí)（硅管為例）三極管處于截止?fàn)顟B(tài)，輸出為零。只有當(dāng)信號(hào)電壓大于等于0.6V時(shí)三極管才導(dǎo)通，放大器開(kāi)始工作，輸出端才有信號(hào)輸出。這里很清楚表明小的信號(hào)電壓被“貪污”了，在輸出波形圖上，是一小段與X軸重合直線，因此與輸入波形不同，也就是失真產(chǎn)生了，這就叫做交越失真，而且輸入信號(hào)中小信號(hào)越多，失真越嚴(yán)重。在聽(tīng)感上，就會(huì)出現(xiàn)音樂(lè)細(xì)節(jié)喪失，小信叼變得模糊、微弱，整個(gè)樂(lè)曲變得不連貫，更不要奢談什么樂(lè)器質(zhì)感，音樂(lè)性了。這就是B類放大器的工作狀態(tài)。

　　再說(shuō)B類功率放大級(jí)必須用二只晶體管來(lái)組成推挽，由一只管子工作于信號(hào)電

　　壓的正半周，另一只工作于信號(hào)電壓的負(fù)半周，這種電路中當(dāng)一只管子導(dǎo)通工作進(jìn)，另一只就處于截止?fàn)顟B(tài)，當(dāng)信號(hào)電壓的另外半周來(lái)到時(shí)二只管子的工作狀態(tài)正好交換，這時(shí)交越失真自然是免不了。中外B類功放對(duì)于揚(yáng)聲器產(chǎn)生的反電動(dòng)勢(shì)，沒(méi)有起到截止作用，反電動(dòng)勢(shì)甚至反饋到前一級(jí)放大器電路中，這就使得功入的內(nèi)阻劇增，阻尼系數(shù)變壞，甚至喪失，這樣聽(tīng)感上就會(huì)感到B類功放對(duì)音箱控制不好，聲音渾濁，推力不足。

　　但是B類功放也有它的優(yōu)點(diǎn)，首先它的效率很高，可達(dá)到75%以上，因此可以

　　使用較小的功率管輸出較大功率，另外推挽電路對(duì)抑制偶次諧波有作用，以減低非線性失真。 針對(duì)B類功放存在的缺點(diǎn)設(shè)計(jì)人員就在三極管的輸入板上加上一個(gè)預(yù)置的固定的略小于門限電壓的偏置電壓，就使得三極管在靜態(tài)時(shí)輸出級(jí)電流稍大于零，使得很小的信號(hào)電壓時(shí)三極管也能導(dǎo)通，有電流輸出，使得晶體管有大于信號(hào)半個(gè)周期的時(shí)間處于導(dǎo)通，交越失真也就不存在了，這就是AB類，而實(shí)際使用中，現(xiàn)在家用音頻功放極少用B類，而極大多數(shù)是AB類，AB類功放既克服了B類功放存在的問(wèn)題，而電效率也大大高于A類功放，現(xiàn)在家用音頻功放中為求改善聲音，常常把偏置電壓定得高于門限電壓，使晶體管處于導(dǎo)通狀態(tài)，使其工作狀態(tài)近A類。這就是被稱為高偏流AB類。

　　A類功放就是把正向偏置定在最大輸出功率的一半處，使功放在沒(méi)有信號(hào)輸入

　　時(shí)也處于滿負(fù)載工作狀態(tài)，使得功放在整個(gè)信號(hào)周期內(nèi)都導(dǎo)通都有電流輸出。A類功放使三極管始終工作于線性區(qū)，因此A類功放幾乎無(wú)失真，聽(tīng)感上質(zhì)感特別好，尤其是小信號(hào)時(shí)，整個(gè)聲音平衡，潤(rùn)滑，諧波豐富。

　　但A類功放也有缺點(diǎn)，首先是效率低，一般不大于25%，大量電能變成熱能，

　　在同功率的情況下，電源供應(yīng)常常比AB類大得多。而且A類功放由于工作電流高，在同樣輸出功率時(shí)它的工作電源電壓主

　　要低得多，因此它的輸出峰值電壓就受到限制，它的輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數(shù)的限制。因此音樂(lè)的大動(dòng)態(tài)表現(xiàn)就受影響。

　　AB類功放應(yīng)用

　　并聯(lián)應(yīng)用是AB類功放的應(yīng)用之一，如圖1所示。IC并聯(lián)時(shí)可提高輸出電流，增加帶載能力，可以帶更低阻抗的喇叭負(fù)載。為了防止兩個(gè)放大器輸出電流不一致，在輸出端分別串聯(lián)一個(gè)小電阻，作為均壓和均流。橋接模式應(yīng)用在相同的電源電壓下，橋接的輸出壓增加了一倍，輸出功率是單端模式的4倍。圖2為L(zhǎng)M3886橋接應(yīng)用電路。

　　圖1 AB類功放并聯(lián)應(yīng)用

　　圖2 AB類功放LM3886橋接應(yīng)用

　　穩(wěn)定性

　　設(shè)計(jì)應(yīng)用的穩(wěn)定性很重要，設(shè)計(jì)的不完善容易引起振蕩。振蕩產(chǎn)生的原因很多。最常見(jiàn)的一種振蕩之一是波形的負(fù)半周有毛刺產(chǎn)生“（fuzz）”。振蕩不只出現(xiàn)在負(fù)半周，正弦波上的每個(gè)點(diǎn)都有可能產(chǎn)生。

　　對(duì)于震蕩的解決方案一般有三種，第一是加入緩沖器的方法，在輸出端加入RC消振電路（也叫茹貝爾（zobel）移相網(wǎng)絡(luò);第二是放大器增益方法，大多數(shù)的AB類功放要求閉環(huán)增益大于10倍，在反饋電路中加入反饋電容，增加電路的穩(wěn)定;第三是改善電源，在靠近器件的位置安裝高頻濾波電容。

　　散熱因素

　　所有的IC產(chǎn)品都存在熱損耗，AB類功放在運(yùn)行時(shí)會(huì)有較大的熱量產(chǎn)生。不同的功耗取決于電源電壓和輸出負(fù)載（8Ω或4Ω）。

　　散熱效果取決于IC本身封裝的熱阻。θja 指的是“結(jié)與環(huán)境的熱阻”，θjc 指的是“結(jié)與外殼的熱阻”。散熱片也是以℃/W為單位的熱阻，θCS指的是“外殼與散熱片的熱阻”，θSA指的是“散熱片與環(huán)境的熱阻”。

　　PDMax = V2/（2×2RLoad）+PQ

　　其中，V為電源電壓，PQ為靜態(tài)功耗。

　　LM1875的PDMAX值

　　PDMAX=（50×50）/（2×（3.14）2×8）+（50V×70mA）

　　PDMAX=15.35+3.5=18.85W

　　大多數(shù)IC的數(shù)據(jù)手冊(cè)都有相應(yīng)的“功耗”曲線，這是找出PDMAX值最簡(jiǎn)單的方法。不是所有工作條件下的功耗都能從曲線圖找到，需要確保喇叭負(fù)載與所選的“功耗”曲線圖相對(duì)應(yīng)，如圖3所示。

　　圖3 LM1875功耗曲線

　　關(guān)于器件溫度的計(jì)算，首先計(jì)算芯片的總熱阻，假設(shè)散熱片熱阻為2℃/W。

　　LM1875（θjc+散熱器熱阻）=（3℃/W+2℃/W）=5℃/W

　　考慮到芯片最大承受溫度不超過(guò)150℃，假如最大的環(huán)境溫度為50℃，芯片最高溫度可能達(dá)到的值可以計(jì)算得出。

　?。偀嶙瑁?×PDMAX+T（最大環(huán)境溫度）=（5℃/W） ×（18.85W）+50℃=144℃

　　找出散熱片規(guī)格簡(jiǎn)單易行的方法如圖4所示。首先，在縱軸上找出相應(yīng)的PDMAX值，然后在橫軸上確定最大環(huán)境溫度，選取適當(dāng)?shù)纳崞鳠嶙?，在這里要注意所有的線都相交在150℃，即IC最高承受溫度。

　　圖4 功耗與環(huán)境溫度曲線

　　PCB走線

　　地線設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注地線間的電流。從輸出信號(hào)地到電源地都屬于大電流地，輸入信號(hào)地線與輸出信號(hào)地線的線寬已經(jīng)很大，不過(guò)還是存在阻抗。地線間的電流使得地線產(chǎn)生雜波波形。

　　雜波波形的產(chǎn)生是由于輸入信號(hào)地與輸出信號(hào)地直接相連?，F(xiàn)在輸出信號(hào)地與輸入信號(hào)地形成電勢(shì)差，電流從輸出地流向輸入地。這將會(huì)使得在放大器的輸入信號(hào)端增加了一個(gè)雜波信號(hào)。

　　修改前和修改后的地線走線如圖5所示?，F(xiàn)在輸入信號(hào)地與輸出信號(hào)地已分開(kāi)走線，兩種地線在比較穩(wěn)定的地線點(diǎn)相連接（電源濾波電容的接地點(diǎn)）。