AB類放大器偏置的比較定義操作及頻率摘要

AB類放大器輸出級結(jié)合了A類放大器和B類放大器的優(yōu)點，可產(chǎn)生更好的放大器設(shè)計

任何放大器的目的都是產(chǎn)生符合特性的輸出輸入信號的大小足以滿足連接負(fù)載的需要。

我們已經(jīng)看到放大器的功率輸出是電壓和電流的乘積，（P = V） * I）應(yīng)用于負(fù)載，而電源輸入是直流電壓和電源電流的乘積。

雖然放大了A類放大器，（輸出晶體管導(dǎo)通100） （％）時間可以很高，從直流電源到交流電源輸出的轉(zhuǎn)換效率通常很低，低于50％。然而，如果我們修改A類放大器電路以在B類模式下工作（其中每個晶體管僅導(dǎo)通50％的時間），則集電極電流在每個晶體管中流動僅為180 o 的周期。這里的優(yōu)點是DC-AC轉(zhuǎn)換效率高得多，約為75％，但這種B類配置會導(dǎo)致輸出信號失真，這是不可接受的。

生產(chǎn)具有B類配置的高效輸出的放大器以及A類配置的低失真是創(chuàng)建一個放大器電路，它是前兩類的組合，產(chǎn)生一種稱為類的新型放大器電路AB放大器。然后，AB類放大器輸出級結(jié)合了A類放大器和B類放大器的優(yōu)點，同時最大限度地減少了與它們相關(guān)的低效率和失真問題。

如上所述，類AB放大器是A類和B類的組合，對于小功率輸出，放大器作為A類放大器工作，但對于更大的電流輸出則改為B類放大器。通過預(yù)放大放大器輸出級中的兩個晶體管來實現(xiàn)該動作。然后，取決于電流輸出量和預(yù)偏置，每個晶體管將在180 o 和360 o 之間導(dǎo)通。因此，放大器輸出級作為AB類放大器工作。

首先讓我們看看不同放大器工作類別的輸出信號比較。

不同放大器類的比較

然后放大器類總是定義如下：

A類： - 放大器單輸出晶體管導(dǎo)通輸入波形周期的整個360 o 。

B類： - 放大器兩個輸出晶體管只導(dǎo)通輸入波形的一半，即180 o 。

AB類： - 放大器兩個輸出晶體管導(dǎo)入輸入的180 o 和360 o 之間波形。

A類放大器操作

對于A類放大器操作開關(guān)晶體管Q點位于輸出ch的中心附近晶體管的特征負(fù)載線和線性區(qū)域內(nèi)。這允許晶體管導(dǎo)通整個360 o ，因此輸出信號在輸入信號的整個周期內(nèi)變化。

A類的主要優(yōu)點是輸出信號將始終是輸入信號的精確再現(xiàn)，以減少失真。然而，它的效率很低，因為要將晶體管偏置在負(fù)載線的中心，即使沒有輸入信號要放大，也必須始終有一個合適的直流靜態(tài)電流流過開關(guān)晶體管。

B類放大器操作

對于B類放大器操作，兩個互補(bǔ)開關(guān)晶體管與Q點（即其偏置點）一起使用每個晶體管位于其截止點。

這允許一個晶體管在輸入波形的一半上放大信號，而另一個晶體管放大另一半。然后將這兩個放大的半部分在負(fù)載處組合在一起，以產(chǎn)生一個完整的波形周期。這種NPN-PNP互補(bǔ)對也稱為推挽式配置。

由于截止偏置，當(dāng)沒有輸入信號時靜態(tài)電流為零，因此當(dāng)晶體管處于靜止?fàn)顟B(tài)時不會耗散或浪費功率，從而提高了B類放大器的整體效率然而，由于B類放大器偏置使得輸出電流僅流過每個晶體管一半的輸入周期，因此輸出波形不是輸入波形的精確復(fù)制品因為輸出信號是失真的。這種失真發(fā)生在輸入信號的每個過零點，產(chǎn)生通常稱為交叉失真的情況，因為兩個晶體管在它們之間切換“接通”。

通過定位偏置可以很容易地克服這種失真問題晶體管的點略高于截止點。通過將晶體管偏置到略高于其截止點但遠(yuǎn)低于A類放大器的中心Q點，我們可以創(chuàng)建一個AB類放大器電路。那么AB類放大器的基本目的是保持基本的B類配置，同時通過將每個開關(guān)晶體管偏置到略高于閾值來改善其線性度。

偏置A類AB放大器

那我們該怎么做呢通過將兩個開關(guān)晶體管偏置為輕微導(dǎo)通，即使沒有輸入信號，AB類放大器也可以由標(biāo)準(zhǔn)的B類推挽級制成。這種小偏置裝置確保兩個晶體管在輸入波形的很小一部分內(nèi)同時導(dǎo)通超過輸入周期的50％，但不到100％。

0.6至0.7V（通過使用合適的偏置，可以大大降低在B類放大器中產(chǎn)生交叉失真效應(yīng)的一個正向二極管電壓降。使用預(yù)設(shè)電壓偏置，分壓器網(wǎng)絡(luò)或使用串聯(lián)二極管布置，可以通過多種不同方式實現(xiàn)晶體管器件的預(yù)偏置。

AB類放大器電壓偏置

這里通過使用適當(dāng)?shù)墓潭ㄆ秒妷簛韺崿F(xiàn)晶體管的偏置。 > TR1 和 TR2 。然后有一個區(qū)域，兩個晶體管都導(dǎo)通，流過 TR1 的小靜態(tài)集電極電流與流過 TR2 并進(jìn)入負(fù)載的小靜態(tài)集電極電流相結(jié)合。

當(dāng)輸入信號變?yōu)檎禃r， TR1 基極電壓增加，產(chǎn)生相似量的正輸出，從而增加流過 TR1 的集電極電流向負(fù)載提供電流， R L 。然而，由于兩個堿基之間的電壓是固定且恒定的，所以 TR1 的傳導(dǎo)的任何增加都將導(dǎo)致 TR2 的傳導(dǎo)相等且相反的減少。半導(dǎo)體。

結(jié)果，晶體管 TR2 最終關(guān)閉，留下正向偏置晶體管， TR1 ，為負(fù)載提供所有電流增益。同樣，對于輸入電壓的負(fù)半部分，發(fā)生相反的情況。也就是說，當(dāng)輸入信號變得更負(fù)時， TR2 導(dǎo)通負(fù)載電流而 TR1 關(guān)閉。

然后我們可以看到輸入時電壓， V IN 為零，兩個晶體管由于其電壓偏置而略微導(dǎo)通，但隨著輸入電壓變得更正或負(fù)，兩個晶體管中的一個傳導(dǎo)更多要么下沉來獲取負(fù)載電流。由于兩個晶體管之間的切換幾乎立即發(fā)生并且是平滑的，因此大大降低了影響B(tài)類配置的交叉失真。然而，當(dāng)兩個晶體管切換時，不正確的偏置會導(dǎo)致尖銳的交越失真尖峰。

使用固定的偏置電壓可使每個晶體管導(dǎo)通超過輸入周期的一半（AB類）操作）。但是，在放大器輸出級設(shè)計中增加額外的電池并不是很實用。產(chǎn)生兩個固定偏置電壓以在晶體管截止附近設(shè)置穩(wěn)定Q點的一種非常簡單方便的方法是使用電阻分壓網(wǎng)絡(luò)。

AB類放大器電阻偏置

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當(dāng)電流通過電阻時，電阻會產(chǎn)生電壓降，如歐姆定律所定義。因此，通過在電源電壓上串聯(lián)兩個或多個電阻，我們可以創(chuàng)建一個分壓器網(wǎng)絡(luò)，以我們選擇的值產(chǎn)生一組固定電壓。

基本電路類似于上述電壓偏置電路，其中在輸入波形的相反半周期期間， TR1 和 TR2 導(dǎo)通。也就是說，當(dāng) V IN 為正時， TR1 進(jìn)行，當(dāng) V IN 為負(fù)， TR2 導(dǎo)通。

四個電阻 R1 至 R4 連接在電源電壓上Vcc 提供所需的電阻偏置。選擇兩個電阻 R1 和 R4 ，將Q點設(shè)置為略高于截止值，并使用正確的 V BE 設(shè)置在0.6V左右，以便電阻網(wǎng)絡(luò)上的電壓降使 TR1 的基數(shù)達(dá)到約0.6V， TR2 的基數(shù)達(dá)到約-0.6V。

然后，偏置電阻 R2 和 R3 的總電壓降約為1.2伏，剛好低于轉(zhuǎn)向所需的值每個晶體管完全導(dǎo)通。通過將晶體管偏置在截止上方，靜態(tài)集電極電流的值 I CQ 應(yīng)該為零。此外，由于兩個開關(guān)晶體管在電源上有效串聯(lián)連接，因此每個晶體管的 V CEQ 電壓降約為 Vcc的一半。

雖然AB類放大器的電阻偏置在理論上有效，但晶體管集電極電流對其基極偏置電壓的變化非常敏感， V BE 。而且，兩個互補(bǔ)晶體管的截止點可能不相同，因此在分壓器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)找到正確的電阻器組合可能是麻煩的。解決此問題的一種方法是使用可調(diào)電阻設(shè)置正確的Q點，如圖所示。

可調(diào)節(jié)放大器偏置

可以使用可調(diào)電阻器或電位計將兩個晶體管偏置到導(dǎo)通的邊緣。然后晶體管 TR1 和 TR2 通過 R B1 -VR1-R B2 進(jìn)行偏置因此，它們的輸出是平衡的，零靜態(tài)電流流入負(fù)載。

通過電容 C1 和 C2 施加的輸入信號疊加到偏置電壓施加到兩個晶體管的基極。請注意，應(yīng)用于每個基極的信號具有與源自 V IN 相同的頻率和幅度。

這種可調(diào)偏置布置的優(yōu)點基本放大器電路不需要使用具有緊密匹配的電氣特性的互補(bǔ)晶體管或分壓器網(wǎng)絡(luò)內(nèi)的精確電阻比，因為可以調(diào)節(jié)電位器進(jìn)行補(bǔ)償。

電阻器是無源器件由于其額定功率將電能轉(zhuǎn)換為熱能，AB類放大器的電阻偏置（固定或可調(diào)）可能對溫度變化非常敏感。偏置電阻器（或晶體管）的工作溫度的任何微小變化都可能影響它們的值，從而產(chǎn)生每個晶體管的靜態(tài)集電極電流的不希望的變化?？朔@個溫度相關(guān)問題的一種方法是用二極管代替電阻器以使用二極管偏置。

AB類放大器二極管偏置

雖然使用偏置電阻可能無法解決溫度問題，但有一種方法可以補(bǔ)償基極 - 發(fā)射極電壓的任何溫度相關(guān)變化，（ V BE ）如圖所示，在放大器偏置裝置中使用一對正常的正向偏置二極管。

一個小的恒定電流流過 R1-D1-的串聯(lián)電路D2-R2 ，產(chǎn)生電壓降，其在輸入的任一側(cè)對稱。在沒有施加輸入信號電壓的情況下，兩個二極管之間的點為零伏。當(dāng)電流流過鏈時，在二極管上存在大約 0.7V 的正向偏置電壓降，其施加到開關(guān)晶體管的基極 - 發(fā)射極結(jié)。

因此二極管兩端的電壓降使晶體管 TR1 的基極偏置至約0.7伏，晶體管的基極 TR2 至約-0.7伏。因此，兩個硅二極管在兩個基極之間提供大約1.4伏的恒定電壓降，使它們在截止之上偏置。

隨著電路溫度的升高，二極管的溫度也會升高，因為它們位于晶體管旁邊。因此，二極管PN結(jié)上的電壓降低了一些晶體管的基極電流，從而穩(wěn)定了晶體管的集電極電流。

如果二極管的電氣特性與晶體管基極 - 發(fā)射極結(jié)的電氣特性非常接近，流入二極管的電流和晶體管中的電流將是相同的，形成所謂的電流鏡。這種電流鏡的效果補(bǔ)償了溫度的變化，產(chǎn)生了所需的AB類操作，從而消除了任何交叉失真。

實際上，二極管偏置在現(xiàn)代集成電路放大器中很容易實現(xiàn)，如二極管和開關(guān)晶體管制造在同一芯片上，例如流行的LM386音頻功率放大器IC。這意味著它們在寬溫度變化下具有相同的特性曲線，從而提供靜態(tài)電流的熱穩(wěn)定性。

通常調(diào)整AB類放大器輸出級的偏置以適應(yīng)特定的放大器應(yīng)用。放大器靜態(tài)電流調(diào)整為零以最小化功耗，如B類操作，或調(diào)整為非常小的靜態(tài)電流以最小化交叉失真，從而產(chǎn)生真正的AB類放大器操作。

在AB類偏置示例之上，輸入信號通過使用電容器直接耦合到開關(guān)晶體管基極。但是我們可以通過增加一個簡單的共發(fā)射極驅(qū)動級來改善AB類放大器的輸出級，如圖所示。

AB類放大器驅(qū)動級

晶體管 TR3 充當(dāng)電流源，設(shè)置流經(jīng)二極管所需的直流偏置電流。這將靜態(tài)輸出電壓設(shè)置為 Vcc / 2 。當(dāng)輸入信號驅(qū)動 TR3 的基極時，它作為一個放大器級驅(qū)動 TR1 和 TR2 的基極，其正半周為輸入周期驅(qū)動 TR1 而 TR2 關(guān)閉且輸入周期的負(fù)半周驅(qū)動 TR2 而 TR1 關(guān)閉與以前一樣。

與大多數(shù)電子電路一樣，設(shè)計功率放大器輸出級有許多不同的方法，因為可以對基本放大器輸出電路進(jìn)行許多變化和修改。功率放大器的工作是以合理的效率向連接的負(fù)載提供可觀的輸出功率（電流和電壓）。這可以通過以兩種基本工作模式（A類或B類）之一操作晶體管來實現(xiàn)。

以合理的效率水平操作放大器的一種方法是使用對稱基于互補(bǔ)NPN和PNP晶體管的B類輸出級。通過適當(dāng)?shù)恼蚱秒娖?，可以減少由于兩個晶體管在每個周期的短暫時間內(nèi)被切斷而導(dǎo)致的任何交叉失真，并且如上所述，這種電路被稱為AB類。放大器。

然后將它們放在一起，我們現(xiàn)在可以設(shè)計一個簡單的AB類功率放大器電路，如圖所示，產(chǎn)生大約1瓦至16歐姆，頻率響應(yīng)約為20Hz至20kHz。

AB類放大器

AB類放大器摘要

我們在這里看到AB類放大器存在偏差因此輸出電流流過輸入波形的一個小周期但超過半個周期。 AB類放大器的實現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)B類配置非常相似，因為它使用兩個開關(guān)晶體管作為互補(bǔ)輸出級的一部分，每個晶體管在輸入波形的相反半周期內(nèi)導(dǎo)通，然后在負(fù)載上進(jìn)行組合。因此，通過允許兩個開關(guān)晶體管在非常短的時間內(nèi)同時傳導(dǎo)電流，可以基本上平滑零交叉周期期間的輸出波形，從而減少與B類放大器設(shè)計相關(guān)的交叉失真。然后導(dǎo)通角大于180 o 但遠(yuǎn)小于360 o 。

我們還看到，AB類放大器配置比A類放大器更有效，但效率略低于B類放大器，因為偏置晶體管所需的靜態(tài)電流很小。然而，使用不正確的偏置會導(dǎo)致交叉失真尖峰，從而導(dǎo)致更糟糕的情況。

盡管如此，AB類放大器是最受歡迎的音頻功率放大器設(shè)計之一，因為它們具有相當(dāng)好的效率和高質(zhì)量輸出，因為它們具有低交叉失真和高線性度，類似于A類放大器設(shè)計。