AB类与D类功放原理研究.pdf

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1、AB类与D类功放原理对比性研究作者：黄晓勇吕伟张晓明摘要：本文主要讲述了AB类功放的原理和D类功放的原理，并对这两种功放进行了对比。1.功率放大器概述功率放大器的作用：用作放大电路的输出级，以驱动执行机构。如使扬声器发声、继电器动作、仪表指针偏转等。图1扩音系统功率放大器的主要指标：输出功率PO、放大器效率η、总谐波失真THD、电源抑制比PSRR。输出功率PO：功率放大器要输出足够大的功率PO以推动负载工作，但是由于供电电源，功放管的极限参数(ICM、UCEM、PCM)等因素的限制，功放的输出最大功率也受到限制。放大器效率η：功率放大器的

2、效率定义为功率放大器的输出信号功率PO与直流电源供给功率放大器的功率PE之比，即Poη=×100%式1PE总谐波失真THD：总谐波失真是指用信号源输入时，输出信号（谐波及其倍频成分）比输入信号多出的额外谐波成分，通常用百分数来表示。电源抑制比PSRR：电源纹波抑制比(powersupplyrejectionrate)是音频放大器的输入测量电源电压的偏差偶合到一个模拟电路的输出信号的比值。PSRR反映了音频功率放大器对电源的纹波要求，PSRR值越大越好，音频放大器输出音质就越好。功放的3dB带宽：对于音频功放，要求功放的3dB带宽满足音频的

3、带宽要求。功率放大器的分类：A类、B类、AB类、C类和D类。图2各类功放驱动电流示意图2中由左至右分别为A类、B类、AB类和C类。D类放大器将在后面介绍。12.B类推挽放大器原理在介绍D类放大器之前我们先来看看B类推挽放大器的原理，以便对比。图3是推挽功率放大器的原理，V1和V2是两只特性完全相同的异性晶体管，使它们都工作在B类状态，一只管子在输入信号的正半周期导通，另一只在输入信号的负半周期导通，两只管子交替工作。下面对其工作具体分析：图3推挽功率放大器的原理为了便于图形分析，把V2的特性曲线倒置于V1特性曲线的下方，使它们的静态工作点

4、重合，形成组合特性曲线，如图4。2.1放大器输出功率P0整个放大器（两个晶体管）的输出功率P0为：P0=IcmUcem/2式2功率大小与输出电压Ucem和输出电流Icm有关，也就是说与激励信号的大小有关。因此定义电压利用系数：Ucemξ=式3Ec22211UEξcemC则PI===U式40cmcem22R2RLL当ξ=1（即忽略晶体管的饱和压降）时，输出功率最大，为2EcP=式5omax2RL2图4B类推挽功放组合特性曲线2.2电源供给晶体管的直流功率在B类推挽放大器中，每个晶体管的集电极电流为半个周期的正弦波，如图3。其电流平均值用I0

5、表示，则：112ππIcmIi==d(ωωt)Isintid(ωt)=式60c∫∫cm22π00ππ两组电源供给的直流功率用P表示：E22IE2UE2EcmccemccP2===IE=ξ式7E0cπππRRLL当ξ=1（即忽略晶体管的饱和压降）时，P最大，为：E22EcP=式8EmaxπRL2.3集电极功耗Pc上述P0和PE都是针对两只管子而言，因此每只管子的集电极功耗为：Pc=(PE-P0)/2式9将式4和式7代入式9，得：22EEcc2P=−ξξ式10cπR4RLL以ξ为自变量，画出式10右端两项功率曲线，如图5：3图5Pc与ξ关系曲

6、线由图可见最大集电极功耗不是出现在ξ=0（静态）和ξ=1（输出功率最大）处。对式10求导，并令dPc=0式11dξ22求得ξ==0.636，将ξ=代入式10，最大集电极功耗为：ππ2E2cPP==≈0.2P式12cmax22omaxomaxππRL2.4集电极效率ηc集电极效率η是集电极输出功率与电源供给功率之比，由式4和式7，cπη=ξ式13c4由式13可见，B类推挽功率放大器集电极效率与集电极电压利用系数ξ成正比，当ξ=1时效率最高，即：πη=≈78.5%式14Cmax4注：实际应用时候应该考虑到这种极限最高有效功率是很难逼近的，特别

7、是低电压供电的条件下，集中体现在晶体管的集电极和发射级的压降不可避免。一个普通的晶体管，在线性工作条件下，其集电极和发射机的压降要求大于其饱和压降阈值Vces（硅管这个值接近于1V，锗管接近于0.5V），那么一个推挽互补输出级正负个两个晶体管造成的总压降约2Vces，这个压降在我们便携产品普遍使用的低电压供电的系统中是一个影响巨大的值（如供电电压很大，如12V，这个自然可以忽略）。假定我们使用的是普通硅晶体管，饱和压降阈值为Vces＝1V，我们使用的电池电压为4V（这一般也是系统内pa所能使用的最大电压——Vbat，π升压的代价是很大的）

8、，那么其输出音频信号的有效最大幅度为2V，即ξ＝0.5，η=ξ＝c439.3％。如果采用的低饱和压降的晶体管（一般是锗管）饱和压降可以做到到0.3V，我们的便携4V供电的系统中，仍然只能达到6