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

任何放大器的目的都是產(chǎn)生符合特性的輸出輸入信號(hào)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(shí)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(gè)晶體管僅導(dǎo)通50％的時(shí)間），則集電極電流在每個(gè)晶體管中流動(dòng)僅為180 o 的周期。這里的優(yōu)點(diǎn)是DC-AC轉(zhuǎn)換效率高得多，約為75％，但這種B類配置會(huì)導(dǎo)致輸出信號(hào)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(gè)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(jí)結(jié)合了A類放大器和B類放大器的優(yōu)點(diǎn)，同時(shí)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(duì)于小功率輸出，放大器作為A類放大器工作，但對(duì)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(jí)中的兩個(gè)晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)該動(dòng)作。然后，取決于電流輸出量和預(yù)偏置，每個(gè)晶體管將在180 o 和360 o 之間導(dǎo)通。因此，放大器輸出級(jí)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(hào)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(gè)360 o 。

B類： - 放大器兩個(gè)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(gè)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(duì)于A類放大器操作開關(guān)晶體管Q點(diǎn)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(gè)360 o ，因此輸出信號(hào)在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)變化。

A類的主要優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)將始終是輸入信號(hào)的精確再現(xiàn)，以減少失真。然而，它的效率很低，因?yàn)橐獙⒕w管偏置在負(fù)載線的中心，即使沒有輸入信號(hào)要放大，也必須始終有一個(gè)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(duì)于B類放大器操作，兩個(gè)互補(bǔ)開關(guān)晶體管與Q點(diǎn)（即其偏置點(diǎn)）一起使用每個(gè)晶體管位于其截止點(diǎn)。

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

由于截止偏置，當(dāng)沒有輸入信號(hào)時(shí)靜態(tài)電流為零，因此當(dāng)晶體管處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)不會(huì)耗散或浪費(fèi)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(gè)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?yàn)檩敵鲂盘?hào)是失真的。這種失真發(fā)生在輸入信號(hào)的每個(gè)過零點(diǎn)，產(chǎn)生通常稱為交叉失真的情況，因?yàn)閮蓚€(gè)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(diǎn)略高于截止點(diǎn)。通過將晶體管偏置到略高于其截止點(diǎn)但遠(yuǎn)低于A類放大器的中心Q點(diǎn)，我們可以創(chuàng)建一個(gè)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(shí)通過將每個(gè)開關(guān)晶體管偏置到略高于閾值來(lái)改善其線性度。

偏置A類AB放大器

那我們?cè)撛趺醋瞿赝ㄟ^將兩個(gè)開關(guān)晶體管偏置為輕微導(dǎo)通，即使沒有輸入信號(hào)，AB類放大器也可以由標(biāo)準(zhǔn)的B類推挽級(jí)制成。這種小偏置裝置確保兩個(gè)晶體管在輸入波形的很小一部分內(nèi)同時(shí)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(gè)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(shí)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?lái)實(shí)現(xiàn)晶體管的偏置。 > TR1 和 TR2 。然后有一個(gè)區(qū)域，兩個(gè)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(hào)變?yōu)檎禃r(shí)， 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(gè)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(duì)于輸入電壓的負(fù)半部分，發(fā)生相反的情況。也就是說(shuō)，當(dāng)輸入信號(hào)變得更負(fù)時(shí)， 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(shí)電壓， V IN 為零，兩個(gè)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(gè)晶體管中的一個(gè)傳導(dǎo)更多要么下沉來(lái)獲取負(fù)載電流。由于兩個(gè)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(gè)晶體管切換時(shí)，不正確的偏置會(huì)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(gè)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(jí)設(shè)計(jì)中增加額外的電池并不是很實(shí)用。產(chǎn)生兩個(gè)固定偏置電壓以在晶體管截止附近設(shè)置穩(wěn)定Q點(diǎn)的一種非常簡(jiǎn)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(shí)，電阻會(huì)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(gè)或多個(gè)電阻，我們可以創(chuàng)建一個(gè)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(shuō)，當(dāng) V IN 為正時(shí)， TR1 進(jìn)行，當(dāng) V IN 為負(fù)， TR2 導(dǎo)通。

四個(gè)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(gè)電阻 R1 和 R4 ，將Q點(diǎn)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(gè)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(gè)開關(guān)晶體管在電源上有效串聯(lián)連接，因此每個(gè)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(duì)其基極偏置電壓的變化非常敏感， V BE 。而且，兩個(gè)互補(bǔ)晶體管的截止點(diǎn)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(diǎn)，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(jì)將兩個(gè)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(hào)疊加到偏置電壓施加到兩個(gè)晶體管的基極。請(qǐng)注意，應(yīng)用于每個(gè)基極的信號(hào)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(diǎn)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?yàn)榭梢哉{(diào)節(jié)電位器進(jìn)行補(bǔ)償。

電阻器是無(wú)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(duì)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(gè)晶體管的靜態(tài)集電極電流的不希望的變化。克服這個(gè)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(wú)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(duì)正常的正向偏置二極管。

一個(gè)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(duì)稱。在沒有施加輸入信號(hào)電壓的情況下，兩個(gè)二極管之間的點(diǎn)為零伏。當(dāng)電流流過鏈時(shí)，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(gè)硅二極管在兩個(gè)基極之間提供大約1.4伏的恒定電壓降，使它們?cè)诮刂怪掀谩?/p>

隨著電路溫度的升高，二極管的溫度也會(huì)升高，因?yàn)樗鼈兾挥诰w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(shí)際上，二極管偏置在現(xiàn)代集成電路放大器中很容易實(shí)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?cè)趯挏囟茸兓戮哂邢嗤奶匦郧€，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(jí)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(hào)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(gè)簡(jiǎn)單的共發(fā)射極驅(qū)動(dòng)級(jí)來(lái)改善AB類放大器的輸出級(jí)，如圖所示。

AB類放大器驅(qū)動(dòng)級(jí)

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(hào)驅(qū)動(dòng) TR3 的基極時(shí)，它作為一個(gè)放大器級(jí)驅(qū)動(dòng) TR1 和 TR2 的基極，其正半周為輸入周期驅(qū)動(dòng) TR1 而 TR2 關(guān)閉且輸入周期的負(fù)半周驅(qū)動(dòng) 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(jì)功率放大器輸出級(jí)有許多不同的方法，因?yàn)榭梢詫?duì)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(lái)實(shí)現(xiàn)。

以合理的效率水平操作放大器的一種方法是使用對(duì)稱基于互補(bǔ)NPN和PNP晶體管的B類輸出級(jí)。通過適當(dāng)?shù)恼蚱秒娖剑梢詼p少由于兩個(gè)晶體管在每個(gè)周期的短暫時(shí)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(jì)一個(gè)簡(jiǎn)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?cè)谶@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(gè)小周期但超過半個(gè)周期。 AB類放大器的實(shí)現(xiàn)與標(biāo)準(zhǔn)B類配置非常相似，因?yàn)樗褂脙蓚€(gè)開關(guān)晶體管作為互補(bǔ)輸出級(jí)的一部分，每個(gè)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(gè)開關(guān)晶體管在非常短的時(shí)間內(nèi)同時(shí)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(jì)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?yàn)槠镁w管所需的靜態(tài)電流很小。然而，使用不正確的偏置會(huì)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(jì)之一，因?yàn)樗鼈兙哂邢喈?dāng)好的效率和高質(zhì)量輸出，因?yàn)樗鼈兙哂械徒徊媸д婧透呔€性度，類似于A類放大器設(shè)計(jì)。