我們知道，這幾年D類功放技術(shù)發(fā)展的很快，市場(chǎng)占有率不斷加大，但是D類功放也有它自身不足之處，還是不能完全取代AB類功放，與D類功放相比，AB類功放都有哪些優(yōu)勢(shì)呢？第一，AB類功放設(shè)計(jì)相對(duì)比較簡單；第二，大多數(shù)AB類功放都是采用單面板，這樣可以減少成本；第三，外圍元器件比較少；第四，沒有EMI干擾；第五，音質(zhì)較好。
AB類功放應(yīng)用
并聯(lián)應(yīng)用是AB類功放的應(yīng)用之一，如圖1所示。IC并聯(lián)時(shí)可提高輸出電流，增加帶載能力，可以帶更低阻抗的喇叭負(fù)載。為了防止兩個(gè)放大器輸出電流不一致，在輸出端分別串聯(lián)一個(gè)小電阻，作為均壓和均流。橋接模式應(yīng)用在相同的電源電壓下，橋接的輸出壓增加了一倍，輸出功率是單端模式的4倍。圖2為LM3886橋接應(yīng)用電路。
圖1 AB類功放并聯(lián)應(yīng)用
圖2 AB類功放LM3886橋接應(yīng)用
穩(wěn)定性
設(shè)計(jì)應(yīng)用的穩(wěn)定性很重要，設(shè)計(jì)的不完善容易引起振蕩。振蕩產(chǎn)生的原因很多。最常見的一種振蕩之一是波形的負(fù)半周有毛刺產(chǎn)生“（fuzz）”。振蕩不只出現(xiàn)在負(fù)半周，正弦波上的每個(gè)點(diǎn)都有可能產(chǎn)生。
對(duì)于震蕩的解決方案一般有三種，第一是加入緩沖器的方法，在輸出端加入RC消振電路（也叫茹貝爾（zobel）移相網(wǎng)絡(luò)；第二是放大器增益方法，大多數(shù)的AB類功放要求閉環(huán)增益大于10倍，在反饋電路中加入反饋電容，增加電路的穩(wěn)定；第三是改善電源，在靠近器件的位置安裝高頻濾波電容。
散熱因素
所有的IC產(chǎn)品都存在熱損耗，AB類功放在運(yùn)行時(shí)會(huì)有較大的熱量產(chǎn)生。不同的功耗取決于電源電壓和輸出負(fù)載（8Ω或4Ω）。
散熱效果取決于IC本身封裝的熱阻。θja 指的是“結(jié)與環(huán)境的熱阻”，θjc 指的是“結(jié)與外殼的熱阻”。散熱片也是以℃/W為單位的熱阻，θCS指的是“外殼與散熱片的熱阻”，θSA指的是“散熱片與環(huán)境的熱阻”。
PDMax = V2/(2×2RLoad)+PQ
其中，V為電源電壓，PQ為靜態(tài)功耗。
LM1875的PDMAX值
PDMAX=(50×50)/(2×(3.14)2×8)+(50V×70mA)
PDMAX=15.35+3.5=18.85W
大多數(shù)IC的數(shù)據(jù)手冊(cè)都有相應(yīng)的“功耗”曲線，這是找出PDMAX值最簡單的方法。不是所有工作條件下的功耗都能從曲線圖找到，需要確保喇叭負(fù)載與所選的“功耗”曲線圖相對(duì)應(yīng)，如圖3所示。
圖3 LM1875功耗曲線
關(guān)于器件溫度的計(jì)算，首先計(jì)算芯片的總熱阻，假設(shè)散熱片熱阻為2℃/W。
LM1875(θjc+散熱器熱阻)=(3℃/W+2℃/W)=5℃/W
考慮到芯片最大承受溫度不超過150℃，假如最大的環(huán)境溫度為50℃，芯片最高溫度可能達(dá)到的值可以計(jì)算得出。
(總熱阻) ×PDMAX+T(最大環(huán)境溫度)=(5℃/W) ×(18.85W)+50℃=144℃
找出散熱片規(guī)格簡單易行的方法如圖4所示。首先，在縱軸上找出相應(yīng)的PDMAX值，然后在橫軸上確定最大環(huán)境溫度，選取適當(dāng)?shù)纳崞鳠嶙瑁谶@里要注意所有的線都相交在150℃，即IC最高承受溫度。
圖4 功耗與環(huán)境溫度曲線
PCB走線
地線設(shè)計(jì)時(shí)要關(guān)注地線間的電流。從輸出信號(hào)地到電源地都屬于大電流地，輸入信號(hào)地線與輸出信號(hào)地線的線寬已經(jīng)很大，不過還是存在阻抗。地線間的電流使得地線產(chǎn)生雜波波形。
雜波波形的產(chǎn)生是由于輸入信號(hào)地與輸出信號(hào)地直接相連�，F(xiàn)在輸出信號(hào)地與輸入信號(hào)地形成電勢(shì)差，電流從輸出地流向輸入地。這將會(huì)使得在放大器的輸入信號(hào)端增加了一個(gè)雜波信號(hào)。
修改前和修改后的地線走線如圖5所示�，F(xiàn)在輸入信號(hào)地與輸出信號(hào)地已分開走線，兩種地線在比較穩(wěn)定的地線點(diǎn)相連接（電源濾波電容的接地點(diǎn)）。
圖5 修改前（左）和修改后（右）的地線走線
那么，如何評(píng)價(jià)地線走線是否合理呢？先連接放大器負(fù)載和電源，然后將放大器輸入端和輸出端分別與失真儀相連接，最后將示波器探針連接到功放的輸出端。
圖6所示的黃色波形為經(jīng)功放放大后有用信號(hào)的輸出波形，綠色波形為無輸入信號(hào)時(shí)的輸出波形，綠色輸出波形代表功放自身產(chǎn)生的波形。圖6左邊所示的修改前的輸出波形表明功放輸出噪音比較大，這是由于地線的連接不當(dāng)引起的。修改后的輸出波形如圖6右邊所示，可以看出，采用了與左邊顯示的波形是同一款功放IC，但是卻改善了功放的接地問題，修改后的輸出噪音很小，圖6右邊的綠色微弱雜波波形主要是功放本身的交接失真引起。
圖6 經(jīng)功放放大后有用信號(hào)的輸出波形（修改前后）
輸出保護(hù)
輸出保護(hù)的保護(hù)類型包括熱保護(hù)、限流保護(hù)和SOA（安全運(yùn)行區(qū)域）保護(hù)。熱保護(hù)就是如果IC的溫度升到設(shè)定溫度，IC將會(huì)自動(dòng)關(guān)斷。限流保護(hù)是當(dāng)電流過大時(shí)，將箝位輸出電流。SOA（安全運(yùn)行區(qū)域）保護(hù)即限制輸出功率。
限流保護(hù)如圖7所示，原理是，當(dāng)電流經(jīng)RE電阻流到喇叭負(fù)載。隨著輸出電流的增大，使得V的電壓值升高。當(dāng)V=0.7V時(shí)，三極管導(dǎo)通，有電流I流過三極管。輸入電流很多部分被導(dǎo)通的三極管所旁路，限制輸出三極管的電流增大。
圖7 限流保護(hù)
“Overture”系列功放具有限流保護(hù)電路、過壓保護(hù)電路和SPiKe保護(hù)電路特性。優(yōu)勢(shì)包括集成度高、反應(yīng)迅速和對(duì)輸出的所有狀態(tài)進(jìn)行監(jiān)測(cè)。而且，“Overture”系列功放失效的機(jī)率非常小。
音頻功放驅(qū)動(dòng)器
音頻功放驅(qū)動(dòng)器電路如圖8所示。紅色方框內(nèi)為推動(dòng)器的架構(gòu)，功能包括前置放大、靜音功能、輸出晶體管溫度補(bǔ)償電路、軟削波、有源鉗位（Baker clamp）。
圖8 音頻功放驅(qū)動(dòng)器電路
優(yōu)點(diǎn)是：承受較高的工作電壓，可達(dá)到200V；可
根據(jù)需求拓展輸出功率，增加三極管的推動(dòng)個(gè)數(shù)；0.0005%非常低的失真度。
輸出三極管的VBE值會(huì)隨著溫度而變化，必須調(diào)整好輸出偏壓電流，補(bǔ)償溫度的漂移。
問：頻率響應(yīng)可以達(dá)到什么水平？
答：高頻部分頻響實(shí)際的體現(xiàn)和器件本身的GBW以及外圍的增益有關(guān)，簡單理解為GBW=-3dB帶寬乘以閉環(huán)增益，一般設(shè)計(jì)可以按照這個(gè)公式計(jì)算得到滿意的頻響。低頻部分需要計(jì)算CR的高通濾波器來計(jì)算得到。
問：差分/單端的轉(zhuǎn)換有哪些比較好的方法？
答：變壓器轉(zhuǎn)換，運(yùn)放轉(zhuǎn)換都是很好的方式，推薦TI高性能的OPA系列以及我們SVA產(chǎn)品，例如OPA1632，LME49726等。
問：輸出端snubber電路起什么作用？如何設(shè)計(jì)？
答：消除高頻振蕩，一般R選值1Ω~4.7Ω之間，選值在 0.1μf~0.22μf之間。
問：和D類功放相比,AB類功放的穩(wěn)定性能如何？音質(zhì)性能如何？
答：和D類功放相比，AB類的優(yōu)點(diǎn)在于低失真，所以音質(zhì)更好。但是缺點(diǎn)在于AB類的功耗較大，一般在大功率情況下必須很好地考慮散熱問題。
問：TI的AB類功放對(duì)電源有何要求？是選用開關(guān)電源還是線性電源好？
答：干凈而穩(wěn)定的電源是所有器件的要求，所以較好的選擇是用線性電源。
問：在音箱設(shè)計(jì)中如何選擇AB類音頻放大器？
答：目前絕大多數(shù)的多媒體音箱仍然采用AB類功放，可以按照指標(biāo)（SNR、THD）選擇，負(fù)載喇叭阻抗和輸出功率來選擇。音箱的聲學(xué)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，分頻設(shè)計(jì)和電源設(shè)計(jì)也都是非常重要的部分。
問：高功率半導(dǎo)體測(cè)試是否會(huì)大幅度增加產(chǎn)品的成本？
答：測(cè)試的成本依據(jù)不同的產(chǎn)品情況不同，并不能簡單的說高功率就會(huì)大幅度增加成本。高功率器件實(shí)際本身的晶體管結(jié)構(gòu)，工藝制程都和低功率器件有所不同，成本核算上也是不同的。
問：如何降低大功率音頻功率放大器的諧波失真或THD？
答：AB類功放本身的THD較D類功放低，所以在遵循spec的指標(biāo)設(shè)計(jì)之后，layout部分需要著重注意，包括線寬、非直角走線、減少主要信號(hào)線和功率輸出通孔、走線的對(duì)稱和包地都應(yīng)該在layout中注意。
問：功放可以驅(qū)動(dòng)多大的功率？
答：目前我們?cè)贏B類產(chǎn)品上，涵蓋了從10W~400W一系列的產(chǎn)品。
問：AB類音頻功放電路設(shè)計(jì)需要考慮哪些因素的影響？
答：需要考慮的因素大致有四個(gè)方面，第一，THD+N、SN、POUT等指標(biāo)；第二，開關(guān)切換時(shí)對(duì)噪聲的抵制能力；第三，對(duì)電路外圍元件及散熱方面的要求；第四，輸入輸出方式。
問：一般高功率半導(dǎo)體器件在極低溫度下能正常工作嗎？
答：所有的芯片廠商都會(huì)在手冊(cè)中標(biāo)明使用的環(huán)境溫度，低溫和高溫情況下，半導(dǎo)體內(nèi)部的載流子運(yùn)動(dòng)會(huì)偏離我們正常計(jì)算的公式，因此當(dāng)需要超低溫和超高溫工作的情況下，可以查看一些規(guī)定和高可靠性的產(chǎn)品。
問：AB類音頻功放對(duì)電源設(shè)計(jì)方面有什么要求？
答：可以采用線性電源，輸出紋波越小越好。
問：TI目前單芯片最大輸出功率能達(dá)到多少，具體型號(hào)是什么？
答：CLASS D最大可輸出600W，型號(hào)為TAS5630B，CLASS AB最大可輸出70W，型號(hào)為LM3886。
問：請(qǐng)問高功率工作狀態(tài)內(nèi)部發(fā)熱量會(huì)有相應(yīng)的增加，會(huì)不會(huì)影響性能，甚至影響壽命？
答：TI所有的產(chǎn)品在出廠前都經(jīng)過仔細(xì)的檢驗(yàn)和測(cè)試，同時(shí)在設(shè)計(jì)中，我們針對(duì)器件的應(yīng)用已經(jīng)考慮到實(shí)際的使用情況，按照spec標(biāo)明的狀態(tài)使用不會(huì)對(duì)性能和壽命產(chǎn)生影響。但是更大的功率意味著發(fā)熱量也會(huì)增大，所以散熱措施必須跟進(jìn)。
問：AB類音頻功放電路設(shè)計(jì)是否對(duì)散熱有哪些特殊的高要求？
答：對(duì)于中高功率，通常需要附加散熱片進(jìn)行散熱。 |
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