在電子學中,放大器是最常用的電路器件,具有巨大的應用可能性。在音頻相關的電子學中,前置放大器和功率放大器是兩種不同類型的放大器系統,用于聲音放大相關目的。
本文主要介紹A、B和AB類功率放大器
放大器按導通角分類
使用字母的放大器的分類
根據其規格,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,T等開始。在這些類別中,最常用的音頻放大器類別是A,B,AB,C。其他類別是現代放大器,它們使用開關拓撲和PWM(脈寬調制)技術來驅動輸出負載。有時,傳統類的改進版本被分配一個字母,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類的傳統功率放大器,并演示廣泛用于開關設計的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類放大器是最常見的放大器拓撲類型,因為它們在其放大器設計中僅使用一個輸出開關晶體管(雙極性、FET、IGBT等)。該單輸出晶體管圍繞其負載線中間的Q點偏置,因此永遠不會被驅動到其截止或飽和區域,從而允許其在整個輸入周期的360度內傳導電流。360度導通角意味著放大器設備在整個時間內保持活動狀態,并使用完整的輸入信號。下圖顯示了一個理想的A類放大器。
優點
"A"類放大器被認為是最好的放大器設計類別,主要是因為它們在設計得當時具有出色的線性度、高增益和低信號失真水平。
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計.
A類放大器還易于構建,具有單器件元件和最少的器件數量。
缺點
為了實現高線性度和增益,A類放大器的輸出級始終偏置"ON"(導通)。由于這種永不關斷特性,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%,這使得它們對于高功率放大是不切實際的。
此外,由于具有高線性度,A類放大器可提供失真和噪聲。電源必須相應地調整尺寸并進行良好的濾波,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熱問題,已經開發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,它是使用兩個有源器件創建的,這些器件傳導實際周期的一半,即180度的周期。兩個器件為負載提供組合電流驅動。
當輸入信號變為正時,正偏置晶體管導通,而負晶體管則切換為"OFF"。同樣,當輸入信號變為負值時,正晶體管切換"OFF",而負偏置晶體管打開"ON"并傳導信號的負部分。因此,晶體管只傳導一半的時間,無論是在輸入信號的正半周期還是負半周期。
放大器的這種推挽式設計顯然比A類更有效率,約為50%,但B類放大器設計的問題在于,由于晶體管死帶的輸入基極電壓范圍為-0.7V至+0.7,因此會在波形的過零點產生失真。
基極電壓:它需要大約0.7伏的基極發射極電壓才能使雙極晶體管開始導電。然后在B類放大器中,輸出晶體管在超過該電壓之前不會"偏置"到"ON"工作狀態。
優點
每個器件在半個周期內接通或變為活動狀態,因此效率得到提高
缺點
由于基極電壓0.7 V的存在,窗口內的波形部分將無法精確再現,使B類放大器不適合精密音頻放大器應用。
為了克服這種過零失真(也稱為交越失真),開發了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計類型之一。
它具有與兩個有源器件相同的配置,它們在一半的周期內單獨導電,但每個器件偏置不同,因此它們在不可用的矩(交叉矩)期間不會完全關閉。每個器件在完成正弦波形的一半后不會立即離開導通,而是在另一個半周期內傳導少量輸入。使用這種偏置技術,可以大大減少盲區期間的交越失真.
因此,在AB類放大器設計中,每個推挽式晶體管的導通周期略高于B類的半個導通周期,但遠小于A類的整個導通周期。
優點
這種由串聯二極管或電阻器提供的小偏置電壓的優點是克服了B類放大器特性產生的交越失真
此外,需要以完全相同的額定值仔細選擇二極管,并且需要放置在盡可能靠近輸出器件的位置。在某些電路結構中,設計人員傾向于增加小值電阻,以在器件兩端提供穩定的靜態電流,從而最大限度地降低輸出端的失真。
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