我們知道，這幾年D類功放技術發展的很快，市場占有率不斷加大，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類功放都有哪些優勢呢？第一，AB類功放設計相對比較簡單；第二，大多數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，音質較好。
AB類功放應用
并聯應用是AB類功放的應用之一，如圖1所示。IC并聯時可提高輸出電流，增加帶載能力，可以帶更低阻抗的喇叭負載。為了防止兩個放大器輸出電流不一致，在輸出端分別串聯一個小電阻，作為均壓和均流。橋接模式應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橋接應用電路。
圖1 AB類功放并聯應用
圖2 AB類功放LM3886橋接應用
穩定性
設計應用的穩定性很重要，設計的不完善容易引起振蕩。振蕩產生的原因很多。最常見的一種振蕩之一是波形的負半周有毛刺產生“（fuzz）”。振蕩不只出現在負半周，正弦波上的每個點都有可能產生。
對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）移相網絡；第二是放大器增益方法，大多數的AB類功放要求閉環增益大于10倍，在反饋電路中加入反饋電容，增加電路的穩定；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產品都存在熱損耗，AB類功放在運行時會有較大的熱量產生。不同的功耗取決于電源電壓和輸出負載（8Ω或4Ω）。
散熱效果取決于IC本身封裝的熱阻。θja 指的是“結與環境的熱阻”，θjc 指的是“結與外殼的熱阻”。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“散熱片與環境的熱阻”。
PDMax = V2/(2×2RLoad)+PQ
其中，V為電源電壓，PQ為靜態功耗。
LM1875的PDMAX值
PDMAX=(50×50)/(2×(3.14)2×8)+(50V×70mA)
PDMAX=15.35+3.5=18.85W
大多數IC的數據手冊都有相應的“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，需要確保喇叭負載與所選的“功耗”曲線圖相對應，如圖3所示。
圖3 LM1875功耗曲線
關于器件溫度的計算，首先計算芯片的總熱阻，假設散熱片熱阻為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℃，假如最大的環境溫度為50℃，芯片最高溫度可能達到的值可以計算得出。
(總熱阻) ×PDMAX+T(最大環境溫度)=(5℃/W) ×(18.85W)+50℃=144℃
找出散熱片規格簡單易行的方法如圖4所示。首先，在縱軸上找出相應的PDMAX值，然后在橫軸上確定最大環境溫度，選取適當的散熱器熱阻，在這里要注意所有的線都相交在150℃，即IC最高承受溫度。
圖4 功耗與環境溫度曲線
PCB走線
地線設計時要關注地線間的電流。從輸出信號地到電源地都屬于大電流地，輸入信號地線與輸出信號地線的線寬已經很大，不過還是存在阻抗。地線間的電流使得地線產生雜波波形。
雜波波形的產生是由于輸入信號地與輸出信號地直接相連。現在輸出信號地與輸入信號地形成電勢差，電流從輸出地流向輸入地。這將會使得在放大器的輸入信號端增加了一個雜波信號。
修改前和修改后的地線走線如圖5所示。現在輸入信號地與輸出信號地已分開走線，兩種地線在比較穩定的地線點相連接（電源濾波電容的接地點）。
圖5 修改前（左）和修改后（右）的地線走線
那么，如何評價地線走線是否合理呢？先連接放大器負載和電源，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功放放大后有用信號的輸出波形，綠色波形為無輸入信號時的輸出波形，綠色輸出波形代表功放自身產生的波形。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 經功放放大后有用信號的輸出波形（修改前后）
輸出保護
輸出保護的保護類型包括熱保護、限流保護和SOA（安全運行區域）保護。熱保護就是如果IC的溫度升到設定溫度，IC將會自動關斷。限流保護是當電流過大時，將箝位輸出電流。SOA（安全運行區域）保護即限制輸出功率。
限流保護如圖7所示，原理是，當電流經RE電阻流到喇叭負載。隨著輸出電流的增大，使得V的電壓值升高。當V=0.7V時，三極管導通，有電流I流過三極管。輸入電流很多部分被導通的三極管所旁路，限制輸出三極管的電流增大。
圖7 限流保護
“Overture”系列功放具有限流保護電路、過壓保護電路和SPiKe保護電路特性。優勢包括集成度高、反應迅速和對輸出的所有狀態進行監測。而且，“Overture”系列功放失效的機率非常小。
音頻功放驅動器
音頻功放驅動器電路如圖8所示。紅色方框內為推動器的架構，功能包括前置放大、靜音功能、輸出晶體管溫度補償電路、軟削波、有源鉗位（Baker clamp）。
圖8 音頻功放驅動器電路
優點是：承受較高的工作電壓，可達到200V；可
根據需求拓展輸出功率，增加三極管的推動個數；0.0005%非常低的失真度。
輸出三極管的VBE值會隨著溫度而變化，必須調整好輸出偏壓電流，補償溫度的漂移。
問：頻率響應可以達到什么水平？
答：高頻部分頻響實際的體現和器件本身的GBW以及外圍的增益有關，簡單理解為GBW=-3dB帶寬乘以閉環增益，一般設計可以按照這個公式計算得到滿意的頻響。低頻部分需要計算CR的高通濾波器來計算得到。
問：差分/單端的轉換有哪些比較好的方法？
答：變壓器轉換，運放轉換都是很好的方式，推薦TI高性能的OPA系列以及我們SVA產品，例如OPA1632，LME49726等。
問：輸出端snubber電路起什么作用？如何設計？
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類功放的穩定性能如何？音質性能如何？
答：和D類功放相比，AB類的優點在于低失真，所以音質更好。但是缺點在于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類功放對電源有何要求？是選用開關電源還是線性電源好？
答：干凈而穩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：在音箱設計中如何選擇AB類音頻放大器？
答：目前絕大多數的多媒體音箱仍然采用AB類功放，可以按照指標（SNR、THD）選擇，負載喇叭阻抗和輸出功率來選擇。音箱的聲學結構設計，分頻設計和電源設計也都是非常重要的部分。
問：高功率半導體測試是否會大幅度增加產品的成本？
答：測試的成本依據不同的產品情況不同，并不能簡單的說高功率就會大幅度增加成本。高功率器件實際本身的晶體管結構，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的指標設計之后，layout部分需要著重注意，包括線寬、非直角走線、減少主要信號線和功率輸出通孔、走線的對稱和包地都應該在layout中注意。
問：功放可以驅動多大的功率？
答：目前我們在AB類產品上，涵蓋了從10W~400W一系列的產品。
問：AB類音頻功放電路設計需要考慮哪些因素的影響？
答：需要考慮的因素大致有四個方面，第一，THD+N、SN、POUT等指標；第二，開關切換時對噪聲的抵制能力；第三，對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在手冊中標明使用的環境溫度，低溫和高溫情況下，半導體內部的載流子運動會偏離我們正常計算的公式，因此當需要超低溫和超高溫工作的情況下，可以查看一些規定和高可靠性的產品。
問：AB類音頻功放對電源設計方面有什么要求？
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到多少，具體型號是什么？
答：CLASS D最大可輸出600W，型號為TAS5630B，CLASS AB最大可輸出70W，型號為LM3886。
問：請問高功率工作狀態內部發熱量會有相應的增加，會不會影響性能，甚至影響壽命？
答：TI所有的產品在出廠前都經過仔細的檢驗和測試，同時在設計中，我們針對器件的應用已經考慮到實際的使用情況，按照spec標明的狀態使用不會對性能和壽命產生影響。但是更大的功率意味著發熱量也會增大，所以散熱措施必須跟進。
問：AB類音頻功放電路設計是否對散熱有哪些特殊的高要求？
答：對于中高功率，通常需要附加散熱片進行散熱。 |
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