一文讀懂A、AB和C類放大器的工作原理

在電子學(xué)中，放大器是最常用的電路器件，具有巨大的應(yīng)用可能性。在音頻相關(guān)的電子學(xué)中，前置放大器和功率放大器是兩種不同類型的放大器系統(tǒng)，用于聲音放大相關(guān)目的。

本文主要介紹A、B和AB類功率放大器

放大器按導(dǎo)通角分類

使用字母的放大器的分類

根據(jù)其規(guī)格，放大器被分配不同的字母或字母表，代表他們的類。有不同類別的放大器，從A，B，C，AB，D，E，F(xiàn)，T等開(kāi)始。在這些類別中，最常用的音頻放大器類別是A，B，AB，C。其他類別是現(xiàn)代放大器，它們使用開(kāi)關(guān)拓?fù)浜蚉WM(脈寬調(diào)制)技術(shù)來(lái)驅(qū)動(dòng)輸出負(fù)載。有時(shí)，傳統(tǒng)類的改進(jìn)版本被分配一個(gè)字母，以將它們分類為不同的放大器類，例如G類放大器是B類或AB類放大器的修改放大器類。

下面，我們將演示A類、B類和AB類的傳統(tǒng)功率放大器，并演示廣泛用于開(kāi)關(guān)設(shè)計(jì)的D類放大器。這些類不僅用于功率放大器，還用于音頻放大器電路。

A類放大器

A類放大器是最常見(jiàn)的放大器拓?fù)漕愋停驗(yàn)樗鼈冊(cè)谄浞糯笃髟O(shè)計(jì)中僅使用一個(gè)輸出開(kāi)關(guān)晶體管(雙極性、FET、IGBT等)。該單輸出晶體管圍繞其負(fù)載線中間的Q點(diǎn)偏置，因此永遠(yuǎn)不會(huì)被驅(qū)動(dòng)到其截止或飽和區(qū)域，從而允許其在整個(gè)輸入周期的360度內(nèi)傳導(dǎo)電流。360度導(dǎo)通角意味著放大器設(shè)備在整個(gè)時(shí)間內(nèi)保持活動(dòng)狀態(tài)，并使用完整的輸入信號(hào)。下圖顯示了一個(gè)理想的A類放大器。

優(yōu)點(diǎn)

"A"類放大器被認(rèn)為是最好的放大器設(shè)計(jì)類別，主要是因?yàn)樗鼈冊(cè)谠O(shè)計(jì)得當(dāng)時(shí)具有出色的線性度、高增益和低信號(hào)失真水平。

盡管出于熱電源的考慮，A類放大器很少用于高功率放大器應(yīng)用，但它可能是這里提到的所有放大器類別中聲音最好的，因此用于高保真音頻放大器設(shè)計(jì).

A類放大器還易于構(gòu)建，具有單器件元件和最少的器件數(shù)量。

缺點(diǎn)

為了實(shí)現(xiàn)高線性度和增益，A類放大器的輸出級(jí)始終偏置"ON"(導(dǎo)通)。由于這種永不關(guān)斷特性，A類放大器具有高功率損耗。

由于A類放大器具有高功率損耗使其效率非常低，約為30%，這使得它們對(duì)于高功率放大是不切實(shí)際的。

此外，由于具有高線性度，A類放大器可提供失真和噪聲。電源必須相應(yīng)地調(diào)整尺寸并進(jìn)行良好的濾波，以避免任何放大器嗡嗡聲和噪聲。因此，由于A類放大器的效率低和過(guò)熱問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)出更高效的放大器類。

B類放大器

B類放大器與A類放大器略有不同，它是使用兩個(gè)有源器件創(chuàng)建的，這些器件傳導(dǎo)實(shí)際周期的一半，即180度的周期。兩個(gè)器件為負(fù)載提供組合電流驅(qū)動(dòng)。

當(dāng)輸入信號(hào)變?yōu)檎龝r(shí)，正偏置晶體管導(dǎo)通，而負(fù)晶體管則切換為"OFF"。同樣，當(dāng)輸入信號(hào)變?yōu)樨?fù)值時(shí)，正晶體管切換"OFF"，而負(fù)偏置晶體管打開(kāi)"ON"并傳導(dǎo)信號(hào)的負(fù)部分。因此，晶體管只傳導(dǎo)一半的時(shí)間，無(wú)論是在輸入信號(hào)的正半周期還是負(fù)半周期。

放大器的這種推挽式設(shè)計(jì)顯然比A類更有效率，約為50%，但B類放大器設(shè)計(jì)的問(wèn)題在于，由于晶體管死帶的輸入基極電壓范圍為-0.7V至+0.7，因此會(huì)在波形的過(guò)零點(diǎn)產(chǎn)生失真。

基極電壓：它需要大約0.7伏的基極發(fā)射極電壓才能使雙極晶體管開(kāi)始導(dǎo)電。然后在B類放大器中，輸出晶體管在超過(guò)該電壓之前不會(huì)"偏置"到"ON"工作狀態(tài)。

優(yōu)點(diǎn)

每個(gè)器件在半個(gè)周期內(nèi)接通或變?yōu)榛顒?dòng)狀態(tài)，因此效率得到提高

缺點(diǎn)

由于基極電壓0.7 V的存在，窗口內(nèi)的波形部分將無(wú)法精確再現(xiàn)，使B類放大器不適合精密音頻放大器應(yīng)用。

為了克服這種過(guò)零失真(也稱為交越失真)，開(kāi)發(fā)了AB類放大器。

AB 類放大器

顧名思義，AB類放大器是我們上面看到的"A類"和"B類"類型放大器的組合。AB類功放是目前最常用的音頻功放設(shè)計(jì)類型之一。

它具有與兩個(gè)有源器件相同的配置，它們?cè)谝话氲闹芷趦?nèi)單獨(dú)導(dǎo)電，但每個(gè)器件偏置不同，因此它們?cè)诓豢捎玫木?交叉矩)期間不會(huì)完全關(guān)閉。每個(gè)器件在完成正弦波形的一半后不會(huì)立即離開(kāi)導(dǎo)通，而是在另一個(gè)半周期內(nèi)傳導(dǎo)少量輸入。使用這種偏置技術(shù)，可以大大減少盲區(qū)期間的交越失真.

因此，在AB類放大器設(shè)計(jì)中，每個(gè)推挽式晶體管的導(dǎo)通周期略高于B類的半個(gè)導(dǎo)通周期，但遠(yuǎn)小于A類的整個(gè)導(dǎo)通周期。

優(yōu)點(diǎn)

這種由串聯(lián)二極管或電阻器提供的小偏置電壓的優(yōu)點(diǎn)是克服了B類放大器特性產(chǎn)生的交越失真

此外，需要以完全相同的額定值仔細(xì)選擇二極管，并且需要放置在盡可能靠近輸出器件的位置。在某些電路結(jié)構(gòu)中，設(shè)計(jì)人員傾向于增加小值電阻，以在器件兩端提供穩(wěn)定的靜態(tài)電流，從而最大限度地降低輸出端的失真。