ab类功放详解

　　A（甲）类功放对于B（乙）类功放而言，声音上有明显优点是无庸置疑的，我就从它们的工作原理来谈谈。

　　晶体管功率放大器是由三极管组成的，而三极管是由几组N-P、N-P结构成的，

　　这个N-P结，当没有外加电压时是截止的（关闭）只有在上面外加一个偏置电压并且高于它的门限电压（硅管是0.6V，锗管0.2V）这个N-P结才会导通（打开）有电流通过，三极管才开始工作。B类工作状态就是不外加一个固定偏置电压，由信号电压来打开，因此当信号电压小于0.6V时（硅管为例）三极管处于截止状态，输出为零。只有当信号电压大于等于0.6V时三极管才导通，放大器开始工作，输出端才有信号输出。这里很清楚表明小的信号电压被“贪污”了，在输出波形图上，是一小段与X轴重合直线，因此与输入波形不同，也就是失真产生了，这就叫做交越失真，而且输入信号中小信号越多，失真越严重。在听感上，就会出现音乐细节丧失，小信叼变得模糊、微弱，整个乐曲变得不连贯，更不要奢谈什么乐器质感，音乐性了。这就是B类放大器的工作状态。

　　再说B类功率放大级必须用二只晶体管来组成推挽，由一只管子工作于信号电

　　压的正半周，另一只工作于信号电压的负半周，这种电路中当一只管子导通工作进，另一只就处于截止状态，当信号电压的另外半周来到时二只管子的工作状态正好交换，这时交越失真自然是免不了。中外B类功放对于扬声器产生的反电动势，没有起到截止作用，反电动势甚至反馈到前一级放大器电路中，这就使得功入的内阻剧增，阻尼系数变坏，甚至丧失，这样听感上就会感到B类功放对音箱控制不好，声音浑浊，推力不足。

　　但是B类功放也有它的优点，首先它的效率很高，可达到75%以上，因此可以

　　使用较小的功率管输出较大功率，另外推挽电路对抑制偶次谐波有作用，以减低非线性失真。 针对B类功放存在的缺点设计人员就在三极管的输入板上加上一个预置的固定的略小于门限电压的偏置电压，就使得三极管在静态时输出级电流稍大于零，使得很小的信号电压时三极管也能导通，有电流输出，使得晶体管有大于信号半个周期的时间处于导通，交越失真也就不存在了，这就是AB类，而实际使用中，现在家用音频功放极少用B类，而极大多数是AB类，AB类功放既克服了B类功放存在的问题，而电效率也大大高于A类功放，现在家用音频功放中为求改善声音，常常把偏置电压定得高于门限电压，使晶体管处于导通状态，使其工作状态近A类。这就是被称为高偏流AB类。

　　A类功放就是把正向偏置定在最大输出功率的一半处，使功放在没有信号输入

　　时也处于满负载工作状态，使得功放在整个信号周期内都导通都有电流输出。A类功放使三极管始终工作于线性区，因此A类功放几乎无失真，听感上质感特别好，尤其是小信号时，整个声音平衡，润滑，谐波丰富。

　　但A类功放也有缺点，首先是效率低，一般不大于25%，大量电能变成热能，

　　在同功率的情况下，电源供应常常比AB类大得多。而且A类功放由于工作电流高，在同样输出功率时它的工作电源电压主

　　要低得多，因此它的输出峰值电压就受到限制，它的输入电压也受到输出电压的放大器放大系数的限制。因此音乐的大动态表现就受影响。

　　AB类功放应用

　　并联应用是AB类功放的应用之一，如图1所示。IC并联时可提高输出电流，增加带载能力，可以带更低阻抗的喇叭负载。为了防止两个放大器输出电流不一致，在输出端分别串联一个小电阻，作为均压和均流。桥接模式应用在相同的电源电压下，桥接的输出压增加了一倍，输出功率是单端模式的4倍。图2为LM3886桥接应用电路。

　　图1 AB类功放并联应用

　　图2 AB类功放LM3886桥接应用

　　稳定性

　　设计应用的稳定性很重要，设计的不完善容易引起振荡。振荡产生的原因很多。最常见的一种振荡之一是波形的负半周有毛刺产生“（fuzz）”。振荡不只出现在负半周，正弦波上的每个点都有可能产生。

　　对于震荡的解决方案一般有三种，第一是加入缓冲器的方法，在输出端加入RC消振电路（也叫茹贝尔（zobel）移相网络;第二是放大器增益方法，大多数的AB类功放要求闭环增益大于10倍，在反馈电路中加入反馈电容，增加电路的稳定;第三是改善电源，在靠近器件的位置安装高频滤波电容。

　　散热因素

　　所有的IC产品都存在热损耗，AB类功放在运行时会有较大的热量产生。不同的功耗取决于电源电压和输出负载（8Ω或4Ω）。

　　散热效果取决于IC本身封装的热阻。θja 指的是“结与环境的热阻”，θjc 指的是“结与外壳的热阻”。散热片也是以℃/W为单位的热阻，θCS指的是“外壳与散热片的热阻”，θSA指的是“散热片与环境的热阻”。

　　PDMax = V2/（2×2RLoad）+PQ

　　其中，V为电源电压，PQ为静态功耗。

　　LM1875的PDMAX值

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

　　PDMAX=15.35+3.5=18.85W

　　大多数IC的数据手册都有相应的“功耗”曲线，这是找出PDMAX值最简单的方法。不是所有工作条件下的功耗都能从曲线图找到，需要确保喇叭负载与所选的“功耗”曲线图相对应，如图3所示。

　　图3 LM1875功耗曲线

　　关于器件温度的计算，首先计算芯片的总热阻，假设散热片热阻为2℃/W。

　　LM1875（θjc+散热器热阻）=（3℃/W+2℃/W）=5℃/W

　　考虑到芯片最大承受温度不超过150℃，假如最大的环境温度为50℃，芯片最高温度可能达到的值可以计算得出。

　　（总热阻） ×PDMAX+T（最大环境温度）=（5℃/W） ×（18.85W）+50℃=144℃

　　找出散热片规格简单易行的方法如图4所示。首先，在纵轴上找出相应的PDMAX值，然后在横轴上确定最大环境温度，选取适当的散热器热阻，在这里要注意所有的线都相交在150℃，即IC最高承受温度。

　　图4 功耗与环境温度曲线

　　PCB走线

　　地线设计时要关注地线间的电流。从输出信号地到电源地都属于大电流地，输入信号地线与输出信号地线的线宽已经很大，不过还是存在阻抗。地线间的电流使得地线产生杂波波形。

　　杂波波形的产生是由于输入信号地与输出信号地直接相连。现在输出信号地与输入信号地形成电势差，电流从输出地流向输入地。这将会使得在放大器的输入信号端增加了一个杂波信号。

　　修改前和修改后的地线走线如图5所示。现在输入信号地与输出信号地已分开走线，两种地线在比较稳定的地线点相连接（电源滤波电容的接地点）。