
A (A)功放对于B (B)功放来说在声音上优势明显,我就说说它们的工作原理。
晶体管功率放大器由三极管组成,三极管由几组N-P和N-P结构组成。
当没有施加电压时,该N-P结关闭。只有当给它加一个偏置电压,并且它高于它的mosfet(硅管是0.6V,锗管是0.2V)时,这个N-P结才会导通(导通)并有电流流过,晶体管才开始工作。B类工作状态是由信号电压开启,没有固定的偏置电压,所以当信号电压小于0.6V时(例如硅管),晶体管处于截止状态,输出为零。只有当信号电压大于等于0.6V时,晶体管才导通,放大器开始工作,输出端有信号输出。这里清楚地显示了小信号电压被“破坏”。在输出波形图上,它是一条与X轴重合的短直线,因此与输入波形不同,即产生失真,称为交越失真,输入信号中的小信号越多,失真越严重。在听感上,会有音乐细节的丢失,小字母会变得模糊无力,整个音乐会变得不连贯,更不用说乐器的乐感和音乐性了。这是乙类放大器的工作状态。
另外,乙类功放级必须由两个晶体管组成,一个管工作在信号电上。
电压的正半周和信号电压的负半周。在这个电路中,当一个管导通工作时,另一个管处于关断状态。当信号电压的另一个半周期到来时,两个灯管的工作状态正好互换,所以交叉失真是不可避免的。国内外的B类功率放大器没有切断扬声器产生的反电动势,反电动势甚至反馈到前面的放大电路,使得功率输入内阻急剧增大,阻尼系数变差甚至丧失。这样会觉得乙类功放对扬声器的控制力差,声音浑浊,推力不足。
但是乙类功放也有它的优势。第一,它的效率很高,可以达到75%以上,所以可以
更小的功率管用来输出更大的功率,推挽电路可以抑制偶次谐波,减少非线性失真。针对乙类功率放大器的缺点,设计者在晶体管的输入板上加了一个预置的略小于mosfet的固定偏置电压,使晶体管静态时输出级电流略大于零,使晶体管在信号电压很小时就能导通,有电流输出,使晶体管导通超过信号的半个周期,不存在交叉失真,这就是AB类。在实际使用中,目前国内的音频功率放大器很少使用B类,大部分都是AB类。AB类功放不仅克服了B类功放存在的问题,而且电效率比A类功放高得多。现在,为了改善声音,国内音频功放中的偏置电压往往设置得比mosfet中的偏置电压高,使晶体管处于导通状态,工作状态接近A类.这就是所谓的AB类高偏置电流。
A类功放就是把正向偏置设置在最大输出功率的一半,这样功放就没有信号输入了。
同时处于满负载工作状态,使得功放在整个信号周期内开启并有电流输出。甲类功放使晶体管始终工作在线性区,所以甲类功放几乎没有失真,听觉特别好,尤其是信号小的时候,整个声音平衡润滑,谐波丰富。
但是,A类功放也有一些缺点。一是效率低,一般不超过25%,大量电能变成热能。
在同样功率的情况下,电源往往比AB类大很多。而且由于甲类功放工作电流大,其工作电源电压主要在相同的输出功率。
它低得多,因此其输出峰值电压有限,其输入电压也受限于
AB类功放并联应用是AB类功放的应用之一,如图1所示。IC并联时,可以增加输出电流,增加负载能力,可以承载阻抗较低的喇叭负载。为了防止两个放大器的输出电流不一致,在输出端分别串联一个小电阻进行均压和均流。当电桥模式应用于相同的电源电压时,电桥的输出电压加倍,输出功率是单端模式的4倍。图2显示了LM3886的电桥应用电路。
图AB类功率放大器的并联应用
图ab类功率放大器LM3886的桥接应用
稳定性
设计应用的稳定性很重要,设计的不完善容易引起振荡。振荡的原因有很多。最常见的振荡之一是波形的负半周有毛刺产生”(fuzz)。振荡不仅发生在负半周,也可能发生在正弦波上的每一点。
振荡一般有三种解决方案。首先是加一个缓冲器,在输出端加一个RC消振电路(也叫Joubaire移相网络)。第二种是放大器增益法。大多数AB类功率放大器要求闭环增益在10倍以上,在反馈电路中加入反馈电容以增加电路的稳定性。三是改善电源,在器件附近安装一个高频滤波电容。
散热系数
所有的IC产品都有热损耗,AB类功放在工作时会产生大量的热量。不同的功耗取决于电源电压和输出负载(8或4)。
散热效果取决于IC封装本身的热阻。ja指“结与环境之间的热阻”,jc指“结与壳体之间的热阻”。热沉也就是热阻,单位为/W,CS指“外壳与热沉之间的热阻”,SA指“热沉与环境之间的热阻”。
PD max=V2/(22负载)PQ
其中V是电源电压,PQ是静态功耗。
LM1875的PDMAX值
PD max=(5050)/(2(3.14)28)(50v70mA)
PDMAX=15.35 3.5=18.85W
大多数IC数据手册都有相应的“功耗”曲线,这是找出PDMAX值的最简单方法。并不是所有工作条件下的功耗都可以从图表中找到,所以需要保证喇叭负载与所选的“功耗”图表相对应,如图3所示。
图3 lm 1875的功耗曲线
关于器件温度的计算,首先计算芯片的总热阻,假设散热片的热阻为2/w。
LM1875(jc散热器热阻)=(3/W 2/W)=5/W。
考虑到芯片最高温度不超过150,如果最高环境温度为50,就可以计算出芯片可能的最高温度。
(总热阻)PDMAX T(最高环境温度)=(5/W) (18.85W) 50=144
图4显示了一种确定散热器规格的简单方法。先在纵轴上找出对应的PDMAX值,再在横轴上确定最高环境温度,选择合适的散热器热阻。这里需要注意的是,所有的线都相交于150,也就是IC的最高耐受温度。
图4功耗与环境温度的关系曲线
PCB布线
设计地线时,应注意地线间的电流。从输出信号地到电源地,属于大电流地。输入信号地和输出信号地之间的线宽已经很大,但是仍然存在阻抗。接地线之间的电流导致接地线产生杂波波形。
因为输入信号地与输出信号地直接相连,所以会产生杂波波形。现在输出信号地与输入信号地形成电位差,电流从输出地流向输入地。这将在放大器的输入信号端增加一个杂波信号。
改造前后的接地线如图5所示。现在输入信号地和输出信号地已经分开走线,两种地线连接在一个相对稳定的接地点(电力滤波电容接地点)。









