AB類功放特點(diǎn)及設(shè)計(jì)技巧

我們知道，這幾年D類功放技術(shù)發(fā)展的很快，市場占有率不斷加大，但是D類功放也有它自身不足之處，還是不能完全取代AB類功放，與D類功放相比，AB類功放都有哪些優(yōu)勢呢?第一，AB類功放設(shè)計(jì)相對比較簡單;第二，大多數(shù)AB類功放都是采用單面板，這樣可以減少成本;第三，外圍元器件比較少;第四，沒有EMI干擾;第五，音質(zhì)較好。

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(fù)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(jì)應(yīng)用的穩(wěn)定性很重要，設(shè)計(jì)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(fù)半周有毛刺產(chǎn)生“(fuzz)”。振蕩不只出現(xiàn)在負(fù)半周，正弦波上的每個點(diǎn)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(yùn)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(fù)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/(2×2RLoad)+PQ

其中，V為電源電壓，PQ為靜態(tài)功耗。

LM1875的PDMAX值

PDMAX=(50×50)/(2×(3.14)2×8)+(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(fù)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(jì)算，首先計(jì)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(dá)到的值可以計(jì)算得出。

(總熱阻) ×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(dāng)?shù)纳崞?strong>熱阻，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(jì)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?，F(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?，F(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(diǎn)相連接(電源濾波電容的接地點(diǎn))。[!--empirenews.page--]

圖5 修改前(左)和修改后(右)的地線走線

那么，如何評價(jià)地線走線是否合理呢?先連接放大器負(fù)載和電源，然后將放大器輸入端和輸出端分別與失真儀相連接，最后將示波器探針連接到功放的輸出端。

圖6所示的黃色波形為經(jīng)功放放大后有用信號的輸出波形，綠色波形為無輸入信號時的輸出波形，綠色輸出波形代表功放自身產(chǎn)生的波形。圖6左邊所示的修改前的輸出波形表明功放輸出噪音比較大，這是由于地線的連接不當(dāng)引起的。修改后的輸出波形如圖6右邊所示，可以看出，采用了與左邊顯示的波形是同一款功放IC，但是卻改善了功放的接地問題，修改后的輸出噪音很小，圖6右邊的綠色微弱雜波波形主要是功放本身的交接失真引起。

圖6 經(jīng)功放放大后有用信號的輸出波形(修改前后)

輸出保護(hù)

輸出保護(hù)的保護(hù)類型包括熱保護(hù)、限流保護(hù)和SOA(安全運(yùn)行區(qū)域)保護(hù)。熱保護(hù)就是如果IC的溫度升到設(shè)定溫度，IC將會自動關(guān)斷。限流保護(hù)是當(dāng)電流過大時，將箝位輸出電流。SOA(安全運(yùn)行區(qū)域)保護(hù)即限制輸出功率。

限流保護(hù)如圖7所示，原理是，當(dāng)電流經(jīng)RE電阻流到喇叭負(fù)載。隨著輸出電流的增大，使得V的電壓值升高。當(dāng)V=0.7V時，三極管導(dǎo)通，有電流I流過三極管。輸入電流很多部分被導(dǎo)通的三極管所旁路，限制輸出三極管的電流增大。

圖7 限流保護(hù)

“Overture”系列功放具有限流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路和SPiKe保護(hù)電路特性。優(yōu)勢包括集成度高、反應(yīng)迅速和對輸出的所有狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測。而且，“Overture”系列功放失效的機(jī)率非常小。

音頻功放驅(qū)動器

音頻功放驅(qū)動器電路如圖8所示。紅色方框內(nèi)為推動器的架構(gòu)，功能包括前置放大、靜音功能、輸出晶體管溫度補(bǔ)償電路、軟削波、有源鉗位(Baker clamp)。

圖8 音頻功放驅(qū)動器電路

優(yōu)點(diǎn)是：承受較高的工作電壓，可達(dá)到200V;可

根據(jù)需求拓展輸出功率，增加三極管的推動個數(shù);0.0005%非常低的失真度。

輸出三極管的VBE值會隨著溫度而變化，必須調(diào)整好輸出偏壓電流，補(bǔ)償溫度的漂移。