A_B_AB_D类音频功率放大器.pdf

D 类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier ） 近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A 类、B 类、 C 类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调A 类、B 类、AB 类而却把D 类 放大器给忘掉了，事实上D 类放大器早在1958 年已被提出(注一) ，甚至还有E 类、F 类、G 类、H 类及S 类等(注二) ，只是这些类型的电路与D 类很接近，运 用机会低，所以也就很少被提及。 音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源 所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比) 如表一所示: 偏压分类 A 类 AB 类 B 类 D 类 理想效率 25% 介于A 与B 类之间 78.5% 100% 表一 各類功率放大器的效率比 較 随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3 、PDA 、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因 此最近几年音频功率放大器由AB 类功率放大器转以D 类功率放大器为主流。如 图1 所示(注三) ，在实际应用上D 类放大效率可达90% 以上远超过效率50% 的 AB 类放大。所以D 类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的 电子产品。 圖 1 D類 及 AB 類效率比較 A 类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流 通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作，如图2 所示，以求放大后的 信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率 效益” （Power Efficiency）低，最大只有25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率， 极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A 类放大器。 图1 图2(a)、(b) 皆属A 类放大器，设计时让VCE=1/2VCC ，以求最大不失真范围。注意到Vi 不输入时仍有0.5VCC/RL 的电流流过晶体管，所以晶体管需要良好的散热环境。由于“共 集极”组态（图2(a) Common Collector 组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共 射极”组态（图2(b) Common Emitter 组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低 的输出组抗，因此，同属于A 类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射 级”组态较常被当成“驱动级”使用）。 a b 图2 A 类放大器 图3 变压器耦合A 类放大器 图4 变压器耦合A 类放大器的直流负载特性 B 类功率放大器（乙类功率放大器）是工作点在特性线极端处的一种放大器，如图1 所 示。当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。所以，若将 上图的左图VBB 拿掉， 则根据定义，这种零偏压的电路就是一种B 类放大器。然而，由于它的静态点在（VCC ， 0）处，因此，对于一个正弦波输入信号，它的输出端波形只剩半个周期是可以预期的。 图1 B 类功率放大器电路图 解决上述问题的方法，是将另一半周期的信号以一PNP 型BJT 与原射级跟随器相接， 形成所谓的“互补式射级跟随器”(Complementary Emitter Follower)，又称为“B 类推挽式放大器”（Class B Push-Pull Amplifier），如图1 所示。其动作原理，在 V 的正半周其间，Q1 导通且Q2 截止，所以，形成图2 的输出端正半周正弦波；同理， i 当V 为负半周时，Q1 截止而Q2 导通，结果形成输出端负半周正弦波，如图2 虚线 i 部分所示。 图2 B 类功率放大器特性图 由于B 类推挽式放大器在无输入信号时不消耗功率，因此它较A 类放大器有更高 的最大功率效益（可达