功率放大器分类及D类功率放大器的工作原理

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功率放大器电路图

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描述

首先搞明白什么是功率放大器？

说明放大的是功率而不是电流也不是电压对不对？

它是怎么工作的：通过三极管的电流控制作用把电源的功率转换成按照输入信号变化的电流，利用三极管的放大作用，集电极的电流永远是基极电流的放大，所以就可以得到放大的电流，然后经过不断地电流和电压放大，就完成了功率放大。

能把滞留的输入功率转换成交流的输出功率

晶体管工作在大信号工作条件下，工作点会大幅度上下摆动。一旦工作点跳出输入或输出线性区，就会发生非线性失真。

电压放大电路是要负载得到不失真的电压信号，主要泰伦的指标数是电压增益，输入和输出阻抗等等，但是输出的功率不一定大。功放则不一样，功放要求获得一定的不失真的输出功率，通常是在大信号状态下工作，所以要输出功率大，效率要高，非线性失真要小。还有一个严肃的问题是散热问题。

功率放大器，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。

功率放大器分类

1.A类

2.B类

3.AB类

4.D类

5.T类

A类放大器

1.工作点设定在负载线的中点附近，从电源取出的电流是恒定不变的。

2.实际效率最大仅有25% ，可由单管或推挽工作。

3.电路简单，调试方便，但效率较低，晶体管功效大。

3.放大器工作特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。

三极管

B类放大器

1.没有输出信号输入时，输出端几乎不消耗功率。

2.效率较高，放大器有一段工作在非线性区域，“交越失真”较大。

3.当信号在-0.6V~0.6V之间时，Q1、Q2都无法导通而引起。

三极管

AB类放大器

1.输出功率大，耗电量中等。

2.晶体管导通时间大于半周期，必须用两管推挽工作。

3.交替失真较大，可以抵消谐波失真。

三极管

D类放大器

1.具有很高的效率，通常能达到85%以上。

2.体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

3.无裂噪声接通。

4.低失真，频率响应曲线好，外围元器件少，便于设计调试。

三极管

T类放大器

1.功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同。

2.功率晶体管的切换频率不是固定的。

3.动态范围更宽，频率响应平坦。

三极管

经典D类功率放大器的工作原理

如下图所示，经典功放主要由脉冲宽度调制器、开关放大器、低通滤波器等三部分组成。中图是D类功放的原理简图。图中的三角波振荡器、运算放大器构成的比较器，以及输入音频信号构成脉宽涮制器；两只输出MOSPET管组成开关放大器；Lf和Cf构成低通滤波器，用来恢复音频信号。驱动级则用来驱动开关放大器。在驱动级的作用下，放大级的输出在Vdd或-Vdd、之间切换，所以D类放大器的最终输出是一个高频方波。大多数D类放大器的开关频率（Fsw）为250kHz至1.5MHz。音频输入信号对输出方波进行脉宽调制，即音频输入信号与内部振荡器产生的三角波（或锯齿波）进行比较，可得到PWM信号。这种调制方式通常称作“自然采样”，三角波振荡器为采样时钟。输出方波的占空比与输入信号电平成正比。下图为输入音频信号与开关放大器输出信号的关系示意图。

三极管

1.桥式输出

很多D类放大器均会使用桥式输出级。-一个桥式输出使用两个如图2所示的开关放大器作为输出级，并以差分方式驱动负载。这种负载连接方式通常称为桥按负载（BTL）。如下图所示，桥式结构是通过转换负载的导通路径来工作的，因此其负载电流可以双向流动，而无需负电源或隔直电容。当脉冲值为正时，场效应管T1、T4，导通，T2、T3截止；当脉冲为负时，T2、T3导通，T1、T4截止。

桥式输出的输出端需要加一个外部LC滤波器，用于提取低频音频信号和防止在负载上耗散高频能量。

三极管

2.无输出滤波器

需要外部LC滤波器不仅增加了总　成本和电路板空间，还可能因滤波元件的非线性而引入额外失真，因而成为传统D类功放的主要缺点之一。目前，很多D类放大器采用了先进的“免滤波器”调制方案，从而省掉或最大限度地降低了对外部滤波器的要求。

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