AB类功放特点及设计技巧

我们知道，这几年D类功放技术发展的很快，市场占有率不断加大，但是D类功放也有它自身不足之处，还是不能完全取代AB类功放，与D类功放相比，AB类功放都有哪些优势呢?第一，AB类功放设计相对比较简单;第二，大多数AB类功放都是采用单面板，这样可以减少成本;第三，外围元器件比较少;第四，没有EMI干扰;第五，音质较好。

AB类功放应用

并联应用是AB类功放的应用之一，如图1所示。IC并联时可提高输出电流，增加带载能力，可以带更低阻抗的喇叭负载。为了防止两个放大器输出电流不一致，在输出端分别串联一个小电阻，作为均压和均流。桥接模式应用在相同的电源电压下，桥接的输出压增加了一倍，输出功率是单端模式的4倍。图2为LM3886桥接应用电路。

图1 AB类功放并联应用

图2 AB类功放LM3886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。振荡产生的原因很多。最常见的一种振荡之一是波形的负半周有毛刺产生“(fuzz)”。振荡不只出现在负半周，正弦波上的每个点都有可能产生。

对于震荡的解决方案一般有三种，第一是加入缓冲器的方法，在输出端加入RC消振电路(也叫茹贝尔(zobel)移相网络;第二是放大器增益方法，大多数的AB类功放要求闭环增益大于10倍，在反馈电路中加入反馈电容，增加电路的稳定;第三是改善电源，在靠近器件的位置安装高频滤波电容。

散热因素

所有的IC产品都存在热损耗，AB类功放在运行时会有较大的热量产生。不同的功耗取决于电源电压和输出负载(8Ω或4Ω)。

散热效果取决于IC本身封装的热阻。θja 指的是“结与环境的热阻”，θjc 指的是“结与外壳的热阻”。散热片也是以℃/W为单位的热阻，θCS指的是“外壳与散热片的热阻”，θSA指的是“散热片与环境的热阻”。

PDMax = V2/(2×2RLoad)+PQ

其中，V为电源电压，PQ为静态功耗。

LM1875的PDMAX值

PDMAX=(50×50)/(2×(3.14)2×8)+(50V×70mA)

PDMAX=15.35+3.5=18.85W

大多数IC的数据手册都有相应的“功耗”曲线，这是找出PDMAX值最简单的方法。不是所有工作条件下的功耗都能从曲线图找到，需要确保喇叭负载与所选的“功耗”曲线图相对应，如图3所示。

图3 LM1875功耗曲线

关于器件温度的计算，首先计算芯片的总热阻，假设散热片热阻为2℃/W。

LM1875(θjc+散热器热阻)=(3℃/W+2℃/W)=5℃/W

考虑到芯片最大承受温度不超过150℃，假如最大的环境温度为50℃，芯片最高温度可能达到的值可以计算得出。

(总热阻) ×PDMAX+T(最大环境温度)=(5℃/W) ×(18.85W)+50℃=144℃

找出散热片规格简单易行的方法如图4所示。首先，在纵轴上找出相应的PDMAX值，然后在横轴上确定最大环境温度，选取适当的散热器热阻，在这里要注意所有的线都相交在150℃，即IC最高承受温度。

图4 功耗与环境温度曲线

PCB走线

地线设计时要关注地线间的电流。从输出信号地到电源地都属于大电流地，输入信号地线与输出信号地线的线宽已经很大，不过还是存在阻抗。地线间的电流使得地线产生杂波波形。

杂波波形的产生是由于输入信号地与输出信号地直接相连。现在输出信号地与输入信号地形成电势差，电流从输出地流向输入地。这将会使得在放大器的输入信号端增加了一个杂波信号。

修改前和修改后的地线走线如图5所示。现在输入信号地与输出信号地已分开走线，两种地线在比较稳定的地线点相连接(电源滤波电容的接地点)。[!--empirenews.page--]

图5 修改前(左)和修改后(右)的地线走线

那么，如何评价地线走线是否合理呢?先连接放大器负载和电源，然后将放大器输入端和输出端分别与失真仪相连接，最后将示波器探针连接到功放的输出端。

图6所示的黄色波形为经功放放大后有用信号的输出波形，绿色波形为无输入信号时的输出波形，绿色输出波形代表功放自身产生的波形。图6左边所示的修改前的输出波形表明功放输出噪音比较大，这是由于地线的连接不当引起的。修改后的输出波形如图6右边所示，可以看出，采用了与左边显示的波形是同一款功放IC，但是却改善了功放的接地问题，修改后的输出噪音很小，图6右边的绿色微弱杂波波形主要是功放本身的交接失真引起。

图6 经功放放大后有用信号的输出波形(修改前后)

输出保护

输出保护的保护类型包括热保护、限流保护和SOA(安全运行区域)保护。热保护就是如果IC的温度升到设定温度，IC将会自动关断。限流保护是当电流过大时，将箝位输出电流。SOA(安全运行区域)保护即限制输出功率。

限流保护如图7所示，原理是，当电流经RE电阻流到喇叭负载。随着输出电流的增大，使得V的电压值升高。当V=0.7V时，三极管导通，有电流I流过三极管。输入电流很多部分被导通的三极管所旁路，限制输出三极管的电流增大。

图7 限流保护

“Overture”系列功放具有限流保护电路、过压保护电路和SPiKe保护电路特性。优势包括集成度高、反应迅速和对输出的所有状态进行监测。而且，“Overture”系列功放失效的机率非常小。

音频功放驱动器

音频功放驱动器电路如图8所示。红色方框内为推动器的架构，功能包括前置放大、静音功能、输出晶体管温度补偿电路、软削波、有源钳位(Baker clamp)。

图8 音频功放驱动器电路

优点是：承受较高的工作电压，可达到200V;可

根据需求拓展输出功率，增加三极管的推动个数;0.0005%非常低的失真度。

输出三极管的VBE值会随着温度而变化，必须调整好输出偏压电流，补偿温度的漂移。