文档介绍：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。 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P O 、放大器效率η、总谐波失真THD、电源抑制比PSRR。输出功率P O: 功率放大器要输出足够大的功率P O以推动负载工作,但是由于供电电源, 功放管的极限参数( I CM 、 U CEM 、 P CM )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: 功率放大器的效率定义为功率放大器的输出信号功率 P O与直流电源供给功率放大器的功率 P E 之比,即 o E P 100% P η=× 式1 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(power supply rejection rate) 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。 2 2. 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重合,形成组合特性曲线,如图4。 放大器输出功率P 0 整个放大器(两个晶体管)的输出功率P 0为: P 0 =I cm Ucem/2 式2 功率大小与输出电压 U cem 和输出电流 I cm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: cem c U E ξ= 式3 则 222 cem C 0cmcem LL UE 11 PIU 22R2R ξ=== 式 4 当ξ=1(即忽略晶体管的饱和压降)时,输出功率最大,为 2 c omax L E P 2R = 式5 3 图 4 B 类推挽功放组合特性曲线 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I 0 表示,则: 2 cm 0c cm 00 I 11 Iid(t)Isintd(t) 22 ππωωωπππ== = ∫∫ i 式6 两组电源供给的直流功率用 E P 表示: 2 cm c cem c c E0c LL 2I E 2U E 2E P2IE RR ξπππ=== = 式 7 当ξ=1(即忽略晶体管的饱和压降)时, E P 最大,为: 2 c Emax L 2E P R π= 式 8 集电极功耗P c 上述P 0 和 P E 都是针对两只管子而言,因此每只管子的集电极功耗为: P c =( E P - P 0 )/2 式9 将式4 和式7 代入式9,得: 22 c LL EE P R4R ξξπ=? 式10 以ξ为自变量,画出式10 右端两项功率曲线,如图5: 4 图 5 P c 与ξ关系曲线 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 c dP 0