什么是AB类放大器：工作原理及其应用
一种可以增加给定输入信号的电流、电压或功率的电子设备被称为放大器。根据电路应用，放大器分为电压放大器和功率放大器。重要的。。。
一种可以增加给定输入信号的电流、电压或功率的电子设备被称为放大器。根据电路应用，放大器分为电压放大器和功率放大器。小信号和大信号（功率）放大器的重要因素是线性、放大、效率、电路可以处理的最大功率、阻抗匹配以及处理高电压和高电流电平的能力。输出信号在给定输入信号的正周期和负周期上的变化取决于被称为放大器类的操作类或操作模式。有四种类型的放大器类别，它们是A类、B类、AB类和C类。本文对AB类放大器，电路图，工作原理，应用，优点和缺点。
什么是AB类放大器？
用于克服B类放大器中的交叉失真的放大器被称为AB类放大器。A类放大器和B类放大器的组合给出了AB类放大器。它旨在克服和消除A类放大器效率低和B类放大器失真的缺点，并利用这两类放大器的优点。AB类放大器的电路图如下图所示。
AB类放大器的构造/设计
设计高效率和低失真放大器的最佳方法是AB类放大器。它是B类配置和A类配置的组合，从而产生AB类放大器电路。因此，该放大器电路的输出级与A类和B类放大器的优点相结合，并且还减少了失真和低效率的问题。
这里，两个晶体管T1和T2被考虑用于电路设计。晶体管T1是NPN型，晶体管T2是PNP型。如电路图所示，两个正向偏置二极管D1和D2串联连接以控制由于温度变化而引起的VBE（发射极-基极电压）的变化。电阻器R1与D1串联连接，电阻器R2与D2串联连接。
工作
这种类型的放大器电路即使对于小功率输出也能工作。因为A类放大器用于小电流输出，而B类放大器用于高电流输出。这是通过对放大器电路的输出级中的2个晶体管进行预偏置来实现的。根据预偏置和输出电流，每个晶体管的导通时间在180°到360°之间。因此，放大器的输出级作为AB类放大器工作。
对于这种放大器配置，考虑T1是NPN晶体管，T2是PNP晶体管，以获得给定输入信号的正半周期和负半周期的组合的完整输出信号。在这种配置中，由于T1和T2晶体管在过渡期中同时导通输入信号，可以消除交叉失真。
因此，在没有输入AC信号的情况下，晶体管可以导通。通过使用二极管D1和D2施加小的偏置电压，可以观察到工作点在截止区域之上。这里，输出信号的幅度和相位是相同的。因此，AB类放大器也被称为线性放大器。
有偏见的方法
ab类放大器有不同的偏置方法，以基于此配置中使用的互补晶体管的同时导通来创建电压间隔。下面将讨论具有优点和缺点的可能的偏置方法。
电压偏置
这是一种直接、独立、简单的方法，使用直流发电机或电池的电压供电。但由于封装和高成本的原因，它并没有在实际电路中实现。
分压器网络
这里，晶体管基极两端的电压降将为1.2V至1.4V（R1+R2总电阻两端）。该值与2VBE有关，其中VBE是晶体管的阈值电压。晶体管T1和T2由于该电压降而高于截止区域，因此导致输入信号的一小部分同时导通。
该方法未被广泛使用，并且仅适用于具有特定电阻器值和互补晶体管的特定推挽放大器配置。
电阻器偏置
电压偏置和电阻器偏置之间的区别是，可调电阻（或）电位计保持在两个网络之间。这种方法的主要优点是，通过控制电阻来实现互补晶体管的偏置（即使具有不同的电特性）。
这种配置的不适当工作可能由于在截止区域上方的偏置而导致温度变化。因此，另一种称为二极管偏置的方法是优选的。
二极管偏置
二极管可以产生0.7V的恒定电压，高于一定的电流值。该特性用于在T1和T2晶体管的基极之间提供1.4V的恒定电势。这种方法的优点是在任何温度变化下二极管D1和D2两端的电压降都可以自我调节。
温度的升高会降低二极管的阈值电压，并降低T1和T2晶体管的偏置，从而导致有限的热失控。
操作特性
AB类放大器提供了具有高效率和无交叉失真的线性。在这种配置中，偏置方法是基于操作点来选择的，该操作点包括A类和B类放大器的中间导通角。
该操作点的位置基于线性度和效率。如果它的工作点接近a类放大器的工作点，它就可以作为a类放大器工作。在这种情况下，它以较低的效率提供了高的线性度。
AB类放大器配置的工作特性如下图所示。该放大器输出信号的导通角大于180°，小于360°。Q点的位置被标注在截止区域上方。因此，在没有输入AC信号的情况下，晶体管可以导通。
通过使用二极管D1和D2施加小的偏置电压，可以观察到工作点在截止区域之上。这里，输出信号的幅度和相位是相同的。因此，AB类放大器也被称为线性放大器。
对于这种放大器配置，考虑T1是NPN晶体管，T2是PNP晶体管，以获得给定输入信号的正半周期和负半周期的组合的完整输出信号。在这种配置中，由于T1和T2晶体管同时导通输入信号，可以消除交叉失真
AB类放大器的效率如下所示，
Ƞ = π/4. Vac/V电源
其中Vac是输出信号的交流波动。最大效率取决于Vac的最大值和工作点的位置。
如果AB类放大器的偏置被限制在截止点，Vacmax=V电源，那么Ƞmax=π/4=78.5%
如果AB类放大器的偏置限制在A类放大器的工作点，Vacmax=Vsupply/2，那么Ƞmax=π/8=39.3%
如果工作点靠近B类放大器（信号的导通角在180°至270°之间），则Ƞmax的范围在58.9%至78.5%之间
为了实际上消除交叉失真，在晶体管T1和T2上施加一个小的静态偏压。如果T1和T2是匹配的晶体管，则每个晶体管的发射极-基极结都用VBB/2偏置，并且当输入Vi＝0时，则导致Vo＝0。因此，静态集电极电流的方程如下所示，
Icn=Icp=Is.e^（VBB/2.Vt）
当Vi增加时，T1的基极电压增加，V0增加。这里，晶体管T2起到发射极跟随器的作用，并且向RL提供电流。因此，输出电压的方程如下所示，
V0=Vi+VBB/2–VBEn。
T1的集电极电流为
Icn=Il+Icp。（忽略基极电流时）
由于Icn应提供负载电流。随着VBEn的增加，VBEp由于恒定的VBB而减小。VBEn的降低导致Icp的降低。
当Vi为负时，T2的基极电压降低，并导致Vo降低。这里T2起到发射极跟随器的作用，并且吸收负载电流。
随着Icp的增加，VBEp增加，导致Icn和VBEn减少。
使用MOSFET的AB类放大器
AB类放大器可以通过使用MOSFET产生100W的输出功率来驱动8欧姆负载来设计。这种类型的功率放大器是由于其高效率、谐波少和交叉失真而设计的。使用MOSFET的AB类放大器的电路图如下图所示。
构建电路所需的组件如下所示。
- PNP晶体管-BC556（Q1、Q2）
- NPN晶体管–MJE340（第三季度、第四季度）
- PNP晶体管–MJE350（Q5、Q6）
- N通道E-MOSFET–IRF530（Q7）
- P通道E-MOSFET–IRF9530（Q8）
- 电源电压+/-50伏（V1、V2）
- 4欧姆-（R1、R4）
- 100欧姆-（R2）
- 50欧姆-（R3）
- 1欧姆-（R5）
- 50欧姆-（R6）
- 10欧姆-（R7）
- 100欧姆-（R8、R9）
- 470欧姆-（R10）
- 100欧姆-（R11）
- 3欧姆-（R12）
- 0.33欧姆-（R14、R15）
- 10微法拉-（C1）
- 18pF-（C2、C3）
- 100nF-（C4）
该电路基于多级功率放大原理工作，包括驱动器、前置放大器和使用MOSFET的功率放大。预放大过程使用差分放大器、带电流负载的驱动器级以及使用带AB类放大器的MOSFET进行功率放大。
与BJT（双极结晶体管）相比，使用MOSFET的主要好处是其简单的驱动电路、对热稳定性的敏感性较低以及高输入阻抗。在预放大过程中，预放大器在2级差分放大器电路的帮助下产生无噪声的放大信号。前置放大器的第一级使用具有PNP晶体管的发射极耦合放大器处于差分模式。
第二级是带有有源负载的差分放大器电路，有助于提高电压增益。为了确保输出电流相对于输入电压信号的变化保持恒定，使用了电流镜电路。放大的输入信号被馈送到AB类功率放大器级，以产生具有高功率的输出信号。
使用MOSFET的AB类放大器被称为高保真放大器电路，适用于各种应用，如键盘放大器、通用放大器、吉他放大器和低音炮放大器。它产生的失真较小，约为0.1%，阻尼系数>200，输入灵敏度为1.2V，带宽范围为4Hz-4KHz。
AB类放大器功率计算
AB类放大器的总功率由输入功率和输出功率计算得出。
输入功率
它是指AB类放大器从电源提供给负载的功率量。它也被称为直流电。
它是根据，Pi（dc）=Vcc。伊德克
每个晶体管所消耗的电流量类似于全波信号的电流。因此
Idc=2/π.I（峰值）
因此，公式总输入功率给出为，
Pi（dc）=Vcc。2/π. I（峰值）
每个晶体管对于半波信号所消耗的电流量与半波信号的平均值相同。
Icc=Ic（sat）/π
Pi（dc）=Ic（sat）Vcc/π
输出功率或交流功率
负载处的最大输出功率是根据，
Pout=输出（均方根值）x输出（均方方根值）
输出电流Iout（rms）=0.707Iout（峰值）=0.707Ic（sat）
输出电压Vout（rms）=0.707Vout（峰值）=0.707 VCEQ
因此，
Pout=0.5Ic（饱和）x VCEQ
替代VCEQ=VCC/2。那么最大输出功率是，
Pout=0.25Ic（饱和）x VCC
式中，VCEQ=AB类放大器的单电源和双电源的最大峰值输出电压。
Ic（sat）=AB类放大器的峰值输出电流
或
Pout=Vl^2/Rl=Vl^2（峰值）/2Rl=Vl^ 2（p-p）/8Rl
AB类放大器效率
与B类和A类放大器的效率相比，AB类放大器的效率较高。AB类放大器的偏置消除了交叉失真
效率被定义为交流输出功率与直流输入功率的比值。用“Ƞ”表示
Ƞ=磅/立方英尺
替代Pout=0.25.Ic（饱和）Vcc
Pdc=Ic（sat）/π
因此
AB类放大器的最大效率将是，
Ƞ=磅/立方英尺
Ƞ=0.25.Ic（sat）Vcc/[（Ic（sat）Vcc）/π]
Ƞ= 0.25π
Ƞ= 78.5%
AB类功率放大器已解决问题
示例1：考虑以下AB类功率放大器二极管偏置电路图，负载电阻为8欧姆，对负载的输出功率为5W，峰值输出电压不大于VCC的80%，Id的最小值（<5mA）。假设，对于T1和T2，Isq=10^-13，β=75，对于二极管D1和D2，Isd=3X10^-14 A。
确定以下内容。
A） Ibias（偏置电流）和VCC
B） 静态集电极电流
C） Icn（NPN晶体管的集电极电流）和Icp（PNP晶体管的集极电流）作为输出电压的正峰值。
解决方案：
A） .Ibias（偏置电流）和VCC
Vo（rms）=√（Pl.Rl=√（5×8）=6.32V
Vo（峰值）=√2Vo（rms）
=√2×6.32=8.9V
假设Vcc=12V
Vcc=Vo（峰值）/0.8=11.8伏
为了维持通过二极管D1和D2的5mA最小电流，
Ibias=Ibn+Id=14.7+5=19.7mA
假设Ibias=20mA
B） 。静态集电极电流
静态条件下，Id=20mA，Vi=0，忽略Ibn
VBB=2Vt-ln（Id/Isd）=2×0.0026 ln[（20X10^-3）/（3×10^-14）]=1.41V
假设T1和T2是晶体管
VBEn=VBEp=VBB/2=0.70V
因此
Icq=Isq。e^（VBB/2Vt）
=10^-13.e^（0.70/0.0026）
Icq=67毫安
C） 在正峰值输出电压下
Ien（最大值）=Il（峰值）=1.12毫安
Ibn（最大值）=14.7mA
Id=Ibias–Ibn（最大值）
=20-14.7=5.3毫安
现在
VBB=2×0.0026ln[（5.3×10^-3）/（3×10^-14）]=1.34V
Icn（max）=β/（1+β）=75/（1+75）=1.10A
VBEn=Vt.ln（Icn（最大值）/Icq）
=0.0026英寸（1.10/10^-13）=0.78伏
VBEp=VBB VBEn
=1.34-0.78=0.56伏
Icp=Isq。e ^（VBEp/Vt）
=10^-13 e^（0.56/0.0026）
=0.28毫安
因此如果输出电压处于其正峰值，
Icn=1.10 A，Icp=0.28 mA
示例2：考虑上述AB类放大器电路，Vcc=25V，Rl=4ohms。计算输入功率、输出功率、T1和T2处理的功率、12V输入电压的效率（rms）。
解决方案：给定Vcc=25V，Rl=4欧姆
输入电压Vi（rms）=12V
输入电压Vi（峰值）=√2Vi（rms）
=√2×12=17V
如果在截止区域中考虑操作点，则峰值输入电压等于其峰值处的负载电压
Vi（峰值）=Vl（峰值）=17V
负载电流Il（峰值）=Vl（峰值）/RL
=17/4=4.25安培
Idc=2/πIl（峰值）=2/πx 4.25=2.71安培
输入功率Pi（dc）=Vcc/Idc
=25/4.25=67.75W
输出功率Po（ac）=Vl^2（峰值）/2Rl
=17^2/（2X4）=36.12W
每个晶体管的功耗是，
P=Pt/2=（Pi–Po）/2=（67.75-36.12）/2
=15.8瓦
效率Ƞ%=Po/Pi x 100
=36.12/6.75 x 100
= 53.3%
优点和缺点
这个ab类放大器的优点包括以下内容。
- AB类放大器的主要优点是消除了交叉失真。
- 提供比A类放大器更高的效率和信号放大
- 它是一个线性放大器，因为输出信号的幅度和相位与输入相同
- 优选用于无线电、音频系统和电视接收器。
- 提供高效率和高频响应
- 谐波失真较小
这个ab类放大器的缺点包括以下内容。
- 实际上，与B类放大器的效率相比，AB类放大器的效能更低
- 电路结构复杂
- 成本很高
- 不适当的偏置会在输出信号中产生尖峰，从而导致交叉失真。
应用
这个ab类放大器的应用r包括以下内容。
- 用于电视的音频（AF）放大器
- 用于公共广播系统
- 用于电视接收机
- 用于无线电接收器
- 用于CD播放器。
- 使用过的卫星和其他无线通信系统
因此，这一切都是关于AB类放大器的概述——定义、电路图、使用MOSFET的AB类放大器、功率和效率的推导、应用、解决的问题、优点和缺点。这里有一个问题要问你，“a类、B类和C类放大器之间有什么区别？”