各類音頻放大器電路原理簡析

A類(甲類)放大器
晶體管在整個信號周期內始終導通,導通角為360°
本質上是一個簡單的共源放大電路,M1 是放大管,M2 為電流源管負載,其最大輸出電流受ID2控制,帶負載能力弱。
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B類(乙類)放大器
由兩組晶體管分別放大正負半周信號,每個晶體管導通角為180°
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輸出級在同一條支路上存有兩個放大管,分別M1和M2,當Vi上升時,M1的電流增加,M2電流減小(對電容CL放電),當Vi下降時,M1 電流減小,M2電流增加(對電容CL充電),一個“推”、一個“拉”,因此也稱 B 類輸出級為推挽輸出級,其動態響應速度極快,且等效跨導約為(gm1+gm2)。因此,B 類輸出級具有很強的電流驅動能力。但是,B 類輸出級含有兩個較大的缺陷:可工作區間狹小、靜態電流大,如上面右邊圖所示,輸入信號范圍較小,輸出很容易飽和。

AB類(甲乙類)放大器
介于A類和B類之間,通過偏置電路使晶體管在小信號時輕微導通,導通角略大于180°。常用的有浮動電壓源輸出級驅動,靜態工作功耗小,輸出驅動電流能力大。
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P1/P2/P3/P5和N1/N2/N3/N5 組成兩個跨導線性環,且兩組VSG之和相等。其中,VP1 通過一個VSGP3給 P5 提供偏置,VN1 通過一個VSGN3給 N5 提供偏置,另外,a、b 兩點分別被P3和N3 隔離,且接收到的小信號幅值一致。 假設 a 點電壓上升,N3 電流下降(P3 電流上升),而 VP1 保持恒定,故 b 點電
位上升;同理可得,當 a 點電壓下降,b 點電位跟隨下降,根據 P3 與 N3 電流之和不變,其小信號電流公式如下:
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如gm,P3=gm,N3,則小信號電壓Va= Vb,使得輸出級電路結構符合推挽原理。

C類(丙類)放大器
導通角小于180°,通常用于射頻信號放大,輸出波形需諧振回路整形。
晶體管靜態工作點處于截止狀態。當C類放大器有輸入時,當工作點超過偏置后,管子才導通,這種相比于A類、B類、AB類效率更高,但C類容易發生波形變形,很難用于音頻功放。

D類(丁類)放大器
采用脈寬調制(PWM)技術,晶體管以高頻開關模式工作,導通角接近0
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它是一種將輸入模擬的音頻信號首先變成PWM信號,然后用PWM信號去控制大功率開關器件導通或關斷的音頻放大器,它由PWM電路、驅動電路、大功率開關電路、LC濾波器組成。PWM電路有兩種做法,可以用三角波區跟sin波做比較。也可以用sigma delta 調制法產生,用sigma delta 采用過采樣和噪聲整形技術,效果更好。

它的基本原理是:電壓比較器將音頻輸入信號和三角波信號進行比較,得到占空比隨音頻信號幅度變化的PWM信號。PWM信號通過驅動電路驅動工作在高壓的開關,使開關導通或截止,從而驅動外部的低通LC濾波器電路。PWM頻譜除低頻段存在與輸入相同的基波頻率外,還存在著各種諧波頻譜,利用低通濾波器將PWM 頻譜中基波頻譜濾出來,因而得到需要的信號頻譜,去驅動喇叭。

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