各类音频放大器电路原理简析

A类(甲类)放大器
晶体管在整个信号周期内始终导通,导通角为360°
本质上是一个简单的共源放大电路,M1 是放大管,M2 为电流源管负载,其最大输出电流受ID2控制,带负载能力弱。
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B类(乙类)放大器
由两组晶体管分别放大正负半周信号,每个晶体管导通角为180°
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输出级在同一条支路上存有两个放大管,分别M1和M2,当Vi上升时,M1的电流增加,M2电流减小(对电容CL放电),当Vi下降时,M1 电流减小,M2电流增加(对电容CL充电),一个“推”、一个“拉”,因此也称 B 类输出级为推挽输出级,其动态响应速度极快,且等效跨导约为(gm1+gm2)。因此,B 类输出级具有很强的电流驱动能力。但是,B 类输出级含有两个较大的缺陷:可工作区间狭小、静态电流大,如上面右边图所示,输入信号范围较小,输出很容易饱和。

AB类(甲乙类)放大器
介于A类和B类之间,通过偏置电路使晶体管在小信号时轻微导通,导通角略大于180°。常用的有浮动电压源输出级驱动,静态工作功耗小,输出驱动电流能力大。
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P1/P2/P3/P5和N1/N2/N3/N5 组成两个跨导线性环,且两组VSG之和相等。其中,VP1 通过一个VSGP3给 P5 提供偏置,VN1 通过一个VSGN3给 N5 提供偏置,另外,a、b 两点分别被P3和N3 隔离,且接收到的小信号幅值一致。 假设 a 点电压上升,N3 电流下降(P3 电流上升),而 VP1 保持恒定,故 b 点电
位上升;同理可得,当 a 点电压下降,b 点电位跟随下降,根据 P3 与 N3 电流之和不变,其小信号电流公式如下:
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如gm,P3=gm,N3,则小信号电压Va= Vb,使得输出级电路结构符合推挽原理。

C类(丙类)放大器
导通角小于180°,通常用于射频信号放大,输出波形需谐振回路整形。
晶体管静态工作点处于截止状态。当C类放大器有输入时,当工作点超过偏置后,管子才导通,这种相比于A类、B类、AB类效率更高,但C类容易发生波形变形,很难用于音频功放。

D类(丁类)放大器
采用脉宽调制(PWM)技术,晶体管以高频开关模式工作,导通角接近0
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它是一种将输入模拟的音频信号首先变成PWM信号,然后用PWM信号去控制大功率开关器件导通或关断的音频放大器,它由PWM电路、驱动电路、大功率开关电路、LC滤波器组成。PWM电路有两种做法,可以用三角波区跟sin波做比较。也可以用sigma delta 调制法产生,用sigma delta 采用过采样和噪声整形技术,效果更好。

它的基本原理是:电压比较器将音频输入信号和三角波信号进行比较,得到占空比随音频信号幅度变化的PWM信号。PWM信号通过驱动电路驱动工作在高压的开关,使开关导通或截止,从而驱动外部的低通LC滤波器电路。PWM频谱除低频段存在与输入相同的基波频率外,还存在着各种谐波频谱,利用低通滤波器将PWM 频谱中基波频谱滤出来,因而得到需要的信号频谱,去驱动喇叭。

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