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[導讀]   ab類功放詳解   A(甲)類功放對于B(乙)類功放而言,聲音上有明顯優(yōu)點是無庸置疑的,我就從它們的工作原理來談?wù)劇?   晶體管功率放大器是由三極管組成的,而三極管是由幾組N

  ab類功放詳解

  A(甲)類功放對于B(乙)類功放而言,聲音上有明顯優(yōu)點是無庸置疑的,我就從它們的工作原理來談?wù)劇?/p>

  晶體管功率放大器是由三極管組成的,而三極管是由幾組N-P、N-P結(jié)構(gòu)成的,

  這個N-P結(jié),當沒有外加電壓時是截止的(關(guān)閉)只有在上面外加一個偏置電壓并且高于它的門限電壓(硅管是0.6V,鍺管0.2V)這個N-P結(jié)才會導通(打開)有電流通過,三極管才開始工作。B類工作狀態(tài)就是不外加一個固定偏置電壓,由信號電壓來打開,因此當信號電壓小于0.6V時(硅管為例)三極管處于截止狀態(tài),輸出為零。只有當信號電壓大于等于0.6V時三極管才導通,放大器開始工作,輸出端才有信號輸出。這里很清楚表明小的信號電壓被“貪污”了,在輸出波形圖上,是一小段與X軸重合直線,因此與輸入波形不同,也就是失真產(chǎn)生了,這就叫做交越失真,而且輸入信號中小信號越多,失真越嚴重。在聽感上,就會出現(xiàn)音樂細節(jié)喪失,小信叼變得模糊、微弱,整個樂曲變得不連貫,更不要奢談什么樂器質(zhì)感,音樂性了。這就是B類放大器的工作狀態(tài)。

  再說B類功率放大級必須用二只晶體管來組成推挽,由一只管子工作于信號電

  壓的正半周,另一只工作于信號電壓的負半周,這種電路中當一只管子導通工作進,另一只就處于截止狀態(tài),當信號電壓的另外半周來到時二只管子的工作狀態(tài)正好交換,這時交越失真自然是免不了。中外B類功放對于揚聲器產(chǎn)生的反電動勢,沒有起到截止作用,反電動勢甚至反饋到前一級放大器電路中,這就使得功入的內(nèi)阻劇增,阻尼系數(shù)變壞,甚至喪失,這樣聽感上就會感到B類功放對音箱控制不好,聲音渾濁,推力不足。

  但是B類功放也有它的優(yōu)點,首先它的效率很高,可達到75%以上,因此可以

  使用較小的功率管輸出較大功率,另外推挽電路對抑制偶次諧波有作用,以減低非線性失真。 針對B類功放存在的缺點設(shè)計人員就在三極管的輸入板上加上一個預(yù)置的固定的略小于門限電壓的偏置電壓,就使得三極管在靜態(tài)時輸出級電流稍大于零,使得很小的信號電壓時三極管也能導通,有電流輸出,使得晶體管有大于信號半個周期的時間處于導通,交越失真也就不存在了,這就是AB類,而實際使用中,現(xiàn)在家用音頻功放極少用B類,而極大多數(shù)是AB類,AB類功放既克服了B類功放存在的問題,而電效率也大大高于A類功放,現(xiàn)在家用音頻功放中為求改善聲音,常常把偏置電壓定得高于門限電壓,使晶體管處于導通狀態(tài),使其工作狀態(tài)近A類。這就是被稱為高偏流AB類。

  A類功放就是把正向偏置定在最大輸出功率的一半處,使功放在沒有信號輸入

  時也處于滿負載工作狀態(tài),使得功放在整個信號周期內(nèi)都導通都有電流輸出。A類功放使三極管始終工作于線性區(qū),因此A類功放幾乎無失真,聽感上質(zhì)感特別好,尤其是小信號時,整個聲音平衡,潤滑,諧波豐富。

  但A類功放也有缺點,首先是效率低,一般不大于25%,大量電能變成熱能,

  在同功率的情況下,電源供應(yīng)常常比AB類大得多。而且A類功放由于工作電流高,在同樣輸出功率時它的工作電源電壓主

  要低得多,因此它的輸出峰值電壓就受到限制,它的輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數(shù)的限制。因此音樂的大動態(tài)表現(xiàn)就受影響。

  AB類功放應(yīng)用

  并聯(lián)應(yīng)用是AB類功放的應(yīng)用之一,如圖1所示。IC并聯(lián)時可提高輸出電流,增加帶載能力,可以帶更低阻抗的喇叭負載。為了防止兩個放大器輸出電流不一致,在輸出端分別串聯(lián)一個小電阻,作為均壓和均流。橋接模式應(yīng)用在相同的電源電壓下,橋接的輸出壓增加了一倍,輸出功率是單端模式的4倍。圖2為LM3886橋接應(yīng)用電路。

  

  圖1 AB類功放并聯(lián)應(yīng)用

  

  圖2 AB類功放LM3886橋接應(yīng)用

  穩(wěn)定性

  設(shè)計應(yīng)用的穩(wěn)定性很重要,設(shè)計的不完善容易引起振蕩。振蕩產(chǎn)生的原因很多。最常見的一種振蕩之一是波形的負半周有毛刺產(chǎn)生“(fuzz)”。振蕩不只出現(xiàn)在負半周,正弦波上的每個點都有可能產(chǎn)生。

  對于震蕩的解決方案一般有三種,第一是加入緩沖器的方法,在輸出端加入RC消振電路(也叫茹貝爾(zobel)移相網(wǎng)絡(luò);第二是放大器增益方法,大多數(shù)的AB類功放要求閉環(huán)增益大于10倍,在反饋電路中加入反饋電容,增加電路的穩(wěn)定;第三是改善電源,在靠近器件的位置安裝高頻濾波電容。

  散熱因素

  所有的IC產(chǎn)品都存在熱損耗,AB類功放在運行時會有較大的熱量產(chǎn)生。不同的功耗取決于電源電壓和輸出負載(8Ω或4Ω)。

  散熱效果取決于IC本身封裝的熱阻。θja 指的是“結(jié)與環(huán)境的熱阻”,θjc 指的是“結(jié)與外殼的熱阻”。散熱片也是以℃/W為單位的熱阻,θCS指的是“外殼與散熱片的熱阻”,θSA指的是“散熱片與環(huán)境的熱阻”。

  PDMax = V2/(2&TImes;2RLoad)+PQ

  其中,V為電源電壓,PQ為靜態(tài)功耗。

  LM1875的PDMAX值

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

  PDMAX=15.35+3.5=18.85W

  大多數(shù)IC的數(shù)據(jù)手冊都有相應(yīng)的“功耗”曲線,這是找出PDMAX值最簡單的方法。不是所有工作條件下的功耗都能從曲線圖找到,需要確保喇叭負載與所選的“功耗”曲線圖相對應(yīng),如圖3所示。

  

  圖3 LM1875功耗曲線

  關(guān)于器件溫度的計算,首先計算芯片的總熱阻,假設(shè)散熱片熱阻為2℃/W。

  LM1875(θjc+散熱器熱阻)=(3℃/W+2℃/W)=5℃/W

  考慮到芯片最大承受溫度不超過150℃,假如最大的環(huán)境溫度為50℃,芯片最高溫度可能達到的值可以計算得出。

 ?。偀嶙瑁?×PDMAX+T(最大環(huán)境溫度)=(5℃/W) ×(18.85W)+50℃=144℃

  找出散熱片規(guī)格簡單易行的方法如圖4所示。首先,在縱軸上找出相應(yīng)的PDMAX值,然后在橫軸上確定最大環(huán)境溫度,選取適當?shù)纳崞鳠嶙?,在這里要注意所有的線都相交在150℃,即IC最高承受溫度。

  

  圖4 功耗與環(huán)境溫度曲線

  PCB走線

  地線設(shè)計時要關(guān)注地線間的電流。從輸出信號地到電源地都屬于大電流地,輸入信號地線與輸出信號地線的線寬已經(jīng)很大,不過還是存在阻抗。地線間的電流使得地線產(chǎn)生雜波波形。

  雜波波形的產(chǎn)生是由于輸入信號地與輸出信號地直接相連。現(xiàn)在輸出信號地與輸入信號地形成電勢差,電流從輸出地流向輸入地。這將會使得在放大器的輸入信號端增加了一個雜波信號。

  修改前和修改后的地線走線如圖5所示。現(xiàn)在輸入信號地與輸出信號地已分開走線,兩種地線在比較穩(wěn)定的地線點相連接(電源濾波電容的接地點)。

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