AB类功率放大器驱动电路的设计与研究
课程设计——AB类功放
一、设计要求：设计一个AB类功放，输出最大功率3W.a.给出电路结构图；b.仿真交越失真；c.计算输出为多少功率时，功放级管子的功耗最大二．设计思路过程1、功率放大器，一般用于大信号的处理，可以提高电路的输出功率2、交越失真：在A和B类的功放分析中，均是没有考虑到晶体管的Vbe，实际上浸提管在信号还是很小的时候没有进入放大状态，因此在信号的正负半轴的交界处会出现交越失真。
这是由于晶体管的基射结有0.5V的电压的缘故。
3、AB类功放通过在基极加上一个静态的偏置电压，用于减小交越失真。
4、由于晶体管的基射有着0.5V的势垒电压，因此考虑使用两个二极管来抵消这部分的势垒电压，从而减小交越失真。
仿真结果：电压图：10V0V-10V0s1ms2ms3ms4ms5ms6ms7ms8ms9ms10ms V(R8:2)V(D3:2)Time功率仿真：当负载小于或者等于15 的时候，平均最小的输出功率为3w仿真结果：Time 0s 1ms 2ms 3ms 4ms 5ms6ms 7ms 8ms 9ms 10ms W(R8)0W4.0W8.0W5、交越失真：当基极上面的静态偏置电压去掉的时候，便会出现交越失真Time 0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms2.0ms V(R8:2)-2.0V0V 2.0V与输入信号的比较，可以明显看到，结果出现失真。
Time 0s 0.2ms 0.4ms 0.6ms 0.8ms 1.0ms1.2ms 1.4ms 1.6ms 1.8ms2.0ms V(V3:+)V(R8:2)-2.0V0V2.0V6、功放级管子的功耗最大的时候输出功率：当输出电压为2(0.7)8.47Vo Vcc π=-=的时候，整个系统功耗最大222*(0.7)max 2.5*Vcc Pd w Rl π-==。
ab类功放电路
ab类功放电路AB类功放电路是一种常见的电子电路，用于放大音频信号。
在音频设备和音响系统中广泛应用。
本文将详细介绍AB类功放电路的原理、特点和应用。
一、原理AB类功放电路是由A类功放和B类功放两部分组成的。
A类功放负责放大音频信号的低功率部分，B类功放负责放大音频信号的高功率部分。
两部分分工合作，既能保证音频信号的高保真度，又能提供较大的功率输出。
A类功放是一种线性放大器，其工作在整个信号周期中。
当输入信号为正时，输出器件工作在导通状态，输出信号跟随输入信号进行放大。
当输入信号为负时，输出器件工作在截止状态，输出信号为零。
因此，A类功放的效率较低，但输出信号的失真较小。
B类功放是一种开关放大器，其工作在输入信号的正半周期和负半周期中的一半。
当输入信号为正时，输出器件导通，输出信号为正。
当输入信号为负时，输出器件截止，输出信号为零。
通过这种方式，B类功放能够提供较高的功率输出，但输出信号的失真较大。
二、特点1. 高保真度：由于A类功放工作在整个信号周期中，输出信号的失真较小，音频信号的保真度较高。
2. 高功率输出：通过A类功放和B类功放的合作，AB类功放能够提供较大的功率输出，适用于大型音响系统和音频设备。
3. 高效率：虽然A类功放的效率较低，但AB类功放通过合理的设计和控制，能够提高整体的功率放大效率。
4. 适用范围广：AB类功放电路适用于各种音频设备和音响系统，如功放器、扬声器等。
三、应用AB类功放电路广泛应用于音频设备和音响系统中。
其中，功放器是AB类功放电路的一个典型应用。
功放器是一种用于放大音频信号的设备，常见于家庭影音系统、车载音响等场合。
AB类功放电路能够提供高保真度和高功率输出，使音频信号在放大过程中保持较低的失真，并能够满足较大音量的需求。
AB类功放电路还可以用于扬声器系统。
扬声器是将电信号转化为声音的设备，而AB类功放电路则负责放大音频信号，使其能够驱动扬声器发出较大的音量。
在大型音响系统中，AB类功放电路能够提供足够的功率输出，保证音响效果的质量和声音的传播距离。
AB类功率放大器驱动电路的设计与研究
1 AB类功放驱动电路设计目标在实用电路中，往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率，以驱动负载。
能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。
经典功率放大器有4种类型：A类，AB类，B类和C类，他们的主要差别在于偏置的情况不同。
理想的4类经典放大器的最大效率的理论值与导通角的函数关系如图1所示。
A类功率放大器的线性度好，功率传递能力差，效率最大值为50％，导通角为360°；B类功率放大器通过减少一个周期中晶体管工作的时间来提高效率(最好可达78.5％)，保持了实现线性调制的可能性，工作周期为半周期；C类功率放大器提供了接近100％的效率，但同时归一化的功率传递能力和功率增益都趋于零，线性度差；AB类放大器的效率和线性度在A类和B类放大器之间，其最大的特点是导通角的范围为180°～360°，相应的设计目标就是实现他在一个周期的50％和100％之间的某段时间内导通的工作方式，对于单MOS管来说，就是使他的漏极有电流通过的时间多于半个周期。
2 功放驱动电路的具体设计和仿真2.1 镜像电流偏置方式在采用双电源供电的差分放大电路中，两管的静态工作点电流直接由恒流源电路提供。
对恒流源偏置电路的要求，除了提供稳定的静态工作点电流外，还应具有高的输出交流电阻。
镜像恒流源电路是目前应用最广的一种高稳定恒流源电路，他特别适合于用在集成电路中。
图2就是采用镜像电流偏置方式实现的驱动电路结构图。
这个电路是由2个性能上严格匹配的NMOS管和1个电阻、1个电感组成，IM1和IM2分别为电路中两个NMOS管M1和M2的漏极电流。
M1管与M2管的衬底与源短接，不存在体效应。
由于两个NMOS 管宽长比完全一样，因此，改变VDD或R，IM1和IM2相应的也就随之改变。
鉴于IM2犹如I M1的镜像，故将这种恒流源电路称为镜像恒流源电路。
图中的C和L作用跟前面分压偏置方式中论述的一样。
3W单声道AB类音频功率放大器
3W单声道AB类音频功率放大器概述LPA4871是一款3W、单声道AB类音频功率放大器。
工作电压2.5-5.5V，以BTL桥接方式，在5V电源供电情况下，可以给4Ω负载提供THD小于10%、平均3.0W的输出功率。
在关断模式下，电流典型值小于0.5μA。
LPA4871是为提供足功率、高保真音频输出而专门设计的，它仅需少量的外围器件，输出不需要外接耦合电容或上举电容，采用SOP-8封装，节约电路面积，非常适合移动电话及各种移动设备等使用低电压、低功耗应用方案上使用。
应用◆移动电话（手机等）◆扩音器，蓝牙音响等◆收音机◆GPS，电子狗，行车记录仪◆语音玩具等特征◆工作电压：2.5 - 5.5V◆创新的“开关/切换噪声”抑制技术，杜绝了上电、掉电出现的噪声◆10% THD+N，VDD=5V，4Ω负载下，提供高达2.9W的输出功率◆10% THD+N，VDD=5V，8Ω负载下，提供高达1.8W的输出功率◆关断电流< 0.5μA◆过温保护◆SOP-8封装订购信息LPA4871□□□F: 无铅封装类型SO: SOP-8封装及引脚配置Bypass+IN -INGND VDD VO1VO2图1. LPA4871的管脚定义图典型应用电路音频输入音频输入图3. LPA4871差分输入模式电路图最大额定值附注1：最大功耗取决于三个因素：T JMAX ，T A ，θJA ，它的计算公式P DMAX =(T JMAX -T A )/θJA ，LPA4871的T JMAX =150℃。
T A 为外部环境的温度，θJA 取决于不同的封装形式。
（SOP 封装形式为140℃/W ）电气参数典型特性曲线应用说明LPA4871内部集成两个运算放大器，第一个放大器的增益可以调整反馈电阻来设置，后一个为电压反相跟随，从而形成增益可以配置的差分输出的放大驱动电路。
外部电阻配置如LPA4871典型应用电路，运算放大器的增益由外部电阻R f、R i决定，其增益为A v=2×R f/R i，芯片通过V O1、V O2输出至负载，桥式接法。
AB类功率放大器输出级的计算机仿真
AB类功率放大器输出级的计算机仿真周晶【摘要】根据AB类功率放大基本电路，结合SABER软件仿真分析了交越失真产生原因、不同负载的失真以及同时说明了如何用仿真进行改善电路设计，给出了调节静态工作点和消除交越失真的方法。
%According to the fundamental class AB power amplifier circuit,combined with the SABER software simulation analyses the causes in the distortion,the distortion of different load,and also explains how to use the simulation to improve the circuitdesign,adjust the static working point is given and the elimination of hand in the distortion of the method.【期刊名称】《电子测试》【年(卷),期】2014(000)021【总页数】3页(P13-15)【关键词】失真;推挽;计算机仿真【作者】周晶【作者单位】中国人民解放军后勤工程学院，400016【正文语种】中文在工程应用中我们常常会用到功率放大电路，把直流电源供给的能量转换为交流信号能量输出,用以驱动负载。
根据对输出量的不同要求，可以构成如电压放大、电流放大或功率放大等不同功能的放大电路。
其中功率放大电路需要向负载提供一个较大的、低失真驱动功率，常见的功率放大器按晶体管静态工作点Q在交流负载线上的位置不同，可以分为A类、B类、C类以及AB类。
相比而言，AB类具有低失真、高转换效率的特点，因而更适合作线性功率放大器。
本文利用Saber软件对AB类功率放大器常见的三种推挽式输出级电路进行仿真，分析了参数的选取对输出性能的影响，从而为设计提供依据。
A、B、AB、D类音频功率放大器
A、B、AB、D类音频功率放大器d类功放D类功放指的是D类音频功率放大器(有时也称为数字功放)。
通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器。
D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来。
已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。
发展历程D类功放芯片在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。
认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。
但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。
B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。
所以，效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。
由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。
而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。
D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。
无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。
工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。
理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。
这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。
在理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%(按负载方式而定)。
D类功放实际上具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。
然而，开关功能(也就是产生数字信号的功能)随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。
20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。
驱动级功率放大器的设计与实现
驱动级功率放大器的设计与实现摘要：设计了一个工作频段在902 MHz～928 MHz，输出功率为19 dBm、功率增益高达27 dBm、应用于射频识别(RFID)系统的驱动级功率放大器。
为缩短功率放大器的研发周期并提高其开发的成功率，设计运用了仿真优化和实际测试相结合的方法。
测试结果与仿真结果的高度一致性验证了这种方法的有效性。
关键词：射频识别；功率放大器；仿真优化；驱动级随着860 MHz～960 MHz(UHF)频段远距离射频识别(RFID)技术的快速发展，UHF频段读卡器在高速公路自动收费、停车场管理等领域得到广泛应用。
远距离射频识别技术的最大优势就是读卡距离远。
此处的卡为无源卡，需要接收读卡器的发射功率作为能量才能正常工作，从而把卡号发给读卡器。
所以在无线电管理委员会规定的最大发射功率的条件下，读卡器的发射功率越大，读卡的距离就越远。
然而决定读卡器发射功率大小的一个直接因素就是发射部分功率放大器的放大能力。
驱动级功放位于发射电路混频器和末级功放之间。
因为发射混频器的输出功率一般很小，所以驱动级的设计主要考虑在保持线性的条件下获得尽可能高的增益。
如果驱动级的增益不够会导致对末级功率放大器的增益指标要求更加苛刻。
一般末级功率放大器在要求高效率的情况下，很难获得较高的增益[1]。
所以，驱动级设计的好坏直接决定了整个功放系统的性能[2]。
如何设计一个高增益的驱动级放大器就成为RFID整个功放系统设计的一个难点。
关于高增益功率放大器的设计，不少文献都有比较详细的阐述，但这些设计是基于理论计算和辅助软件进行的，或者是直接进行实际测试的，很少有把辅助软件和实际测试相结合的，可见这样的设计周期长，同时设计的成功率也不高。
本文介绍了采用辅助软件和实际测试相结合来设计功率放大器的方法。
用辅助软件对所设计的功放进行理想情况下的验证。
用实际测试来检验仿真验证的准确性并对仿真的误差进行校正，从而使实际设计的功放满足设计要求[3]。
用6C19电子管制作的AB类推挽功率放大器
用6C19电子管制作的AB类推挽功率放大器一、电路特点 采用6N11做电压放大和P—K分割倒相，6N6推动。
6C19功率输出，电路见下图。
6C19功率管采用自给偏压，静态电流55mA左右，可通过调整R13的阻值调整阴极电压，从而调整其偏压值和工作点。
R13可用多只电阻并联使用。
总瓦数大一些好。
一般认为，P—K分割倒相电路无须调整。
在电子管的屏极和阴极接人阻值相同的电阻，因为它们是串联关系。
串联电路电流处处相等。
就会得到幅度相等而相位相反的两组电压。
其实不然，实际上在分割倒相电路中，由于负载是输出变压器。
不是纯电阻，它的阻抗是随频率变化的。
输出阻抗的不同导致不同频率时两路输出不平衡，造成阴极输出端的信号电压总是高于屏极输出端的信号电压，这是P—K分割倒相电路的特点同时也是它的弱点。
因此屏极电阻R4的值应该比阴极电阻R5的值大一些，并且应该在调整中确定其阻值。
具体方法是在输入端输入3kHz-5kHz正弦波信号。
测最两路输出电压，通过调整R4和R5的阻值，使输出电压基本相等即可。
二、输出变压器 6C19内阻低，输出变压器绕制相对简单。
用片厚0.35mm，舌宽32mm.叠厚45mm的EI型高硅片铁芯。
初级用φ0.27mm漆包线绕1100匝+1100匝（800FZ），次级用φ0.80mm漆包线绕105匝（8Ω）。
初、次级采用3夹2结构，初级1100匝+1100匝。
次级35匝+35匝+35匝，初级夹在次级之间，硅钢片交叉插，见图。
三、电源变压器 电源变压器采用成本较低、片厚0.5mm的电脑USP电源拆机铁芯。
舌宽40mm,叠厚60mm，初级220V用φ0.80mm漆包线绕550匝，次级高压180V用φ0.5mm漆包线绕450匝，6N11、6N6灯丝绕组用φ1.62mm漆包线绕16匝。
6C19灯丝绕组用φ1.50mm漆包线绕16匝。
初次级之间用厚0.2mm 铜皮做静电屏蔽。
四、整流滤波电路 整流采用摩托罗拉快恢复二极管。
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1 AB类功放驱动电路设计目标
在实用电路中，往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率，以驱动负载。
能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。
经典功率放大器有4种类型：A类，AB类，B类和C 类，他们的主要差别在于偏置的情况不同。
理想的4类经典放大器的最大效率的理论值与导通角的函数关系如图1所示。
A类功率放大器的线性度好，功率传递能力差，效率最大值为50％，导通角为360°；B类功率放大器通过减少一个周期中晶体管工作的时间来提高效率(最好可达78.5％)，保持了实现线性调制的可能性，工作周期为半周期；C类功率放大器提供了接近100％的效率，但同时归一化的功率传递能力和功率增益都趋于零，线性度差；AB类放大器的效率和线性度在A类和B类放大器之间，其最大的特点是导通角的范围为180°～360°，相应的设计目标就是实现他在一个周期的50％和100％之间的某段时间内导通的工作方式，对于单MOS管来说，就是使他的漏极有电流通过的时间多于半个周期。
2 功放驱动电路的具体设计和仿真
2.1 镜像电流偏置方式
在采用双电源供电的差分放大电路中，两管的静态工作点电流直接由恒流源电路提供。
对恒流源偏置电路的要求，除了提供稳定的静态工作点电流外，还应具有高的输出交流电阻。
镜像恒流源电路是目前应用最广的一种高稳定恒流源电路，他特别适合于用在集成电路中。
图2就是采用镜像电流偏置方式实现的驱动电路结构图。
这个电路是由2个性能上严格匹配的NMOS管和1个电阻、1个电感组成，IM1和IM2分别为电路中两个NMOS管M1和M2的漏极电流。
M1管与M2管的衬底与源短接，不存在体效应。
由于两个NMOS管宽长比完全一样，因此，
改变VDD或R，IM1和IM2相应的也就随之改变。
鉴于IM2犹如IM1的镜像，故将这种恒流源电路称为镜像恒流源电路。
图中的C和L作用跟前面分压偏置方式中论述的一样。
当两管完全对称时，温度的变化就不会引起IM1和IM2的变化，因此镜像恒流源电路是一种高热稳定的偏置电路。
这一偏置方法还消除了与固定电压栅偏置有关的热漂移问题。
对于AB类功放，给定VDD为3 V，Vin为直流偏置2 V，振幅1 V，频率1 GHz的正弦波，选定R为800 Ω，C为0.5 pF，L为0.065 nH，M1和M2均为宽0.6μm，长0.18 μm的NMOS。
从图3晶体管M2的漏极电流HSpice仿真波形图中可以看出Vg≥0.297 V的时长为0.69 ns，大于0.5
ns的半个周期时长，因此实现了AB类功放的驱动电路的要求，工作时间大于半个周期。
2.2 分压偏置方式
分压式偏置电路，顾名思义就是通过电阻的分压以给出所要达到的偏置电压的电路结构，如图4所示。
电路中的C为隔直电容，隔离输入的信号中由各种原因引起的直流分量，保证电路特性不被意外的直流分量所影响。
电路中的电源一般均通过扼流圈L对MOS管的漏极馈电，目的是尽量减小电路中不必要的直流功率损耗，提高功放的效率，在较低的电压下输出较大的功率。
因此电路中将扼流电感L接于电源与M1的漏极之间，将DC功率送到MOS管的漏极。
电路中R3为源极电阻，其值很小，使得消耗在他上面的直流功耗也很小，以尽量减小电路中不必要的直流功率损耗，提高功放的效率。
R1，R2分别称为上偏置电阻和下偏置电阻，他们的作用是将VDD进行分压，在MOS管栅极上产生栅极静态电压Vg，其值为：
分压式偏置电路不仅能够有效地稳定静态工作点，而且对于换用不同晶体管时，因参数不一致而引起的静态工作点的变化。
也同样具有自动调节作用。
对于AB类功放，给定VDD为3 V；Vin为直流偏置2 V，振幅1 V，频率1 GHz的正弦波，选定R1为2 kΩ，R2为1 kΩ，R3为10 Ω，C为5 pF，L为0.065 nH，M1为宽0.6 μm，长0.18 μm的NMOS，从给定的NMOS参数中可算出Vth0约为0.297 V。
设置的电阻使得Vg围绕1 V左右上下摆动，摆幅为1 V，即可使得晶体管M1工作时间大于半个周期而小于整周期，从图5晶体管M1漏极电流HSpice仿真波形图中也可以看出其每周期的工作时间为0.79 ns，大于半周期，实现了AB类功放的驱动要求。
2.3 栅极二极管偏置方式
如图6所示，这种电路是一种分压的特殊结构，通过电阻、电感、二极管对VDD进行分压，在M1栅极上产生正的静态偏置电压，使每周期内Vg高于0.297 V的部分增加，这样就可以实现AB类功放驱动的偏压
要求。
给定VDD为3 V，Vin为直流偏置2 V，振幅1 V，频率1 GHz的正弦波，选定C为15 pF，R为10 Ω，L1为0.065 nH，L2为2 nH，M1为宽0.6μm，长0.18 μm的NMOS。
HSpice仿真得出1 ns内的工作时间为0.75 ns，实现了AB类功放驱动电路的设计目标，每周期的工作时间多于半个周期。