功率放大器分類及D類功率放大器的工作原理

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功率放大器分類及D類功率放大器的工作原理

發表於 2019-07-18 08:45:18

首先搞明白什麼是功率放大器？

說明放大的是功率而不是電流也不是電壓對不對 ？

它是怎麼工作的： 通過三極體的電流控制作用把電源的功率轉換成按照輸入信號變化的電流，利用三極體的放大作用， 集電極的電流永遠是基極電流的放大，所以就可以得到放大的電流，然後經過不斷地電流和電壓放大，就完成了功率放大。

能把滯留的輸入功率轉換成交流的輸出功率

電晶體工作在大信號工作條件下， 工作點會大幅度上下擺動。一旦工作點跳出輸入或輸出線性區， 就會發生非線性失真。

電壓放大電路是要負載得到不失真的電壓信號，主要泰倫的指標數是電壓增益，輸入和輸出阻抗等等，但是輸出的功率不一定大。功放則不一樣，功放要求獲得一定的不失真的輸出功率，通常是在大信號狀態下工作，所以要輸出功率大，效率要高，非線性失真要小。還有一個嚴肅的問題是散熱問題。

功率放大器，是指在給定失真率條件下，能產生最大功率輸出以驅動某一負載的放大器。

功率放大器分類

1.A類

2.B類

3.AB類

4.D類

5.T類

A類放大器

1.工作點設定在負載線的中點附近，從電源取出的電流是恆定不變的。

2.實際效率最大僅有25% ，可由單管或推挽工作。

3.電路簡單，調試方便，但效率較低，電晶體功效大。

3.放大器工作特性曲線的線性範圍內，所以瞬態失真和交替失真較小。

B類放大器

1.沒有輸出信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。

2.效率較高，放大器有一段工作在非線性區域，「交越失真」較大。

3.當信號在-0.6V~0.6V之間時，Q1、Q2都無法導通而引起。

AB類放大器

1.輸出功率大，耗電量中等。

2.電晶體導通時間大於半周期，必須用兩管推挽工作。

3.交替失真較大，可以抵消諧波失真。

D類放大器

1.具有很高的效率，通常能達到85%以上。

2.體積小，可以比模擬的放大電路節省很大的空間。

3.無裂噪聲接通。

4.低失真，頻率響應曲線好，外圍元器件少，便於設計調試。

T類放大器

1.功率輸出電路和脈寬調製D類功率放大器相同。

2.功率電晶體的切換頻率不是固定的。

3.動態範圍更寬，頻率響應平坦。

經典D類功率放大器的工作原理

如下圖所示，經典功放主要由脈衝寬度調製器、開關放大器、低通濾波器等三部分組成。中圖是D類功放的原理簡圖。圖中的三角波振蕩器、運算放大器構成的比較器，以及輸入音頻信號構成脈寬涮制器；兩隻輸出MOSPET管組成開關放大器；Lf和Cf構成低通濾波器，用來恢復音頻信號。驅動級則用來驅動開關放大器。在驅動級的作用下，放大級的輸出在Vdd或-Vdd、之間切換，所以D類放大器的最終輸出是一個高頻方波。大多數D類放大器的開關頻率（Fsw）為250kHz至1.5MHz。音頻輸入信號對輸出方波進行脈寬調製，即音頻輸入信號與內部振蕩器產生的三角波（或鋸齒波）進行比較，可得到PWM信號。這種調製方式通常稱作「自然採樣」，三角波振蕩器為採樣時鐘。輸出方波的佔空比與輸入信號電平成正比。下圖為輸入音頻信號與開關放大器輸出信號的關係示意圖。

1.橋式輸出

很多D類放大器均會使用橋式輸出級。-一個橋式輸出使用兩個如圖2所示的開關放大器作為輸出級，並以差分方式驅動負載。這種負載連接方式通常稱為橋按負載（BTL）。如下圖所示，橋式結構是通過轉換負載的導通路徑來工作的，因此其負載電流可以雙向流動，而無需負電源或隔直電容。當脈衝值為正時，場效應管T1、T4，導通，T2、T3截止；當脈衝為負時，T2、T3導通，T1、T4截止。

橋式輸出的輸出端需要加一個外部LC濾波器，用於提取低頻音頻信號和防止在負載上耗散高頻能量。

2.無輸出濾波器

需要外部LC濾波器不僅增加了總　成本和電路板空間，還可能因濾波元件的非線性而引入額外失真，因而成為傳統D類功放的主要缺點之一。目前，很多D類放大器採用了先進的「免濾波器」調製方案，從而省掉或最大限度地降低了對外部濾波器的要求。

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