AB类功放与D类功放的区别以及应用场景-电子技术方案|电路图讲解

  AB类放大器，实际上是A类(甲类)和B类(乙类)的结合，每个器件的导通时间在50—100%之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类(乙类)设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类(甲乙类)。   AB类工作状态通常是两只晶体管配合进行，在没有信号的时候，两只晶体管都是导通的，但其中的电流很小，当有信号输入时，晶体管中的电流才会变大.由于信号的作用使其中的一只晶体管截止的时候，另一只晶体管则一定是导通的，两只管子始终是轮流截止和导通，并且其中流过的电流几乎是全部送入扬声器，因此，甲乙类功放产生的热量较小，并且效率高了很多，在70%以上。   AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类(甲类);当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供 给更多的电流。这样在AB类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。它的正当使用在于它对A类(甲类)的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。   AB类功率放大器(Class AB)也成为甲乙类功率放大器，它是兼容A类与B类功放的优势的一种设计。当没有信号或信号非常小时，晶体管的正负通道都常开，这时功率有所损耗，但没有A类功放严重。当信号是正相时，负相通道在信号变强前还是常开的，但信号转强则负通道关闭。当信号是负相时，正负通道的工作刚好相反。    

 AB类功放电路图   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。   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。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。  

AB类功放和D类功放的区别 1、作为功放机，效率的高低直接影响到电源和功放级的散热器体积。D类功放机效率非常高，可达到90%以上，在工作的时候发热非常小，而AB类功放效率最好只有60%，在输出同样功率的情况下D类功放的发热量只有AB类功放发热量的25%左右，而耗电量只有AB类的60%左右。因此D类型功放的电源器件成本将大大降低，与此同时电源器件的散热器和功放散热器的成本及电路板空间成本都会有很大的降低。   2、由于D类功放的工作效率高，它的音质可以同A类功放(音色温暖)相媲美，但AB功放在小信号时容易出现交越失真，功率大时也容易发热，所以音质相对较差。  

总结： 对比AB类功放，D类功放不仅功率大，而效能高，更为重要的是失真率低，音质出众。                                            

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  三极管是最重要的电子元器件之一，成功制作世界上第一只半导体三极管的美国物理学家约翰·巴丁(JohnBardeen)和他的同事布拉顿（Brattain）并获得了诺贝尔物理学奖。三极管的看家本领，是可以以小电流控制大电流，颇似武侠中的四两拨千斤。   下图是2种类型的三极管NPN和PNP的结构和电路图符号示意。    

 positive 正极 [?p?z?t?v]   negative负极 [?neg?t?v]   很多初学者都会认为三极管是两个PN结的简单凑合。这种想法是错误的，两个二极管的组合不能形成一个三极管。我们以NPN型三极管为例（见图2），两个PN结共用了一个P区——基区，基区做得极薄，只有几微米到几十微米，正是靠着它把两个PN结有机地结合成一个不可分割的整体，它们之间存在着相互联系和相互影响，使三极管完全不同于两个单独的PN结的特性。三极管在外加电压的作用下，形成基极电流、集电极电流和发射极电流，成为电流放大器件。   、三极管的电流放大作用与其物理结构有关，三极管内部进行的物理过程是十分复杂的，初学者暂时不必去深入探讨。从应用的角度来讲，可以把三极管看作是一个电流分配器。一个三极管制成后，它的三个电流之间的比例关系就大体上确定了（见图3），用式子来表示就是     β和α称为三极管的电流分配系数，其中β值大家比较熟悉，都管它叫电流放大系数。三个电流中，有一个电流发生变化，另外两个电流也会随着按比例地变化。例如，基极电流的变化量ΔIb＝10μA，β＝50，根据ΔIc＝βΔIb的关系式，集电极电流的变化量ΔIc＝50×10＝500μA，实现了电流放大。     三极管自身并不能把小电流变成大电流，它仅仅起着一种控制作用，控制着电路里的电源，按确定的比例向三极管提供Ib、Ic和Ie这三个电流。为了容易理解，我们还是用水流比喻电流（见图4）。这是粗、细两根水管，粗的管子内装有闸门，这个闸门是由细的管子中的水量控制着它的开启程度。如果细管子中没有水流，粗管子中的闸门就会关闭。注入细管子中的水量越大，闸门就开得越大，相应地流过粗管子的水就越多，这就体现出“以小控制大，以弱控制强”的道理。由图可见，细管子的水与粗管子的水在下端汇合在一根管子中。三极管的基极b、集电极c和发射极e就对应着图4中的细管、粗管和粗细交汇的管子。电路见图5，若给三极管外加一定的电压，就会产生电流Ib、Ic和Ie。调节电位器RP改变基极电流Ib，Ic也随之变化。由于Ic＝βIb，所以很小的Ib控制着比它大β倍的Ic。Ic不是由三极管产生的，是由电源VCC在Ib的控制下提供的，所以说三极管起着能量转换作用。

 如图，假设三极管的β=100，RP=200K，此时的Ib=6v/(200k+100k)=0.02mA,Ic=βIb=2mA 当RP=0时，Ib=6v/100k=0.06mA，Ic=βIb=2mA。以上两种状态都符合Ic=βIb，我们说，三极管处于"放大区"。假设RP=0,Rb=1k,此时，Ib=6v/1k=6mA按Ic=βIb计算，Ic应等于600mA，而实际上，由于图中300欧姆限流电阻（Rc）的存在，实际上Ic=(6v/300)≈20mA,此时，Ic≠βIb，而且，Ic不再受Ib控制，即处于"饱和区"，当RP和Rb大到一定程度，使Ube<死区电压(硅管约0.5V，锗管约0.3）此时be结处于不导通状态，Ib=0，则Ic=0，处于"截止区"。     

 单纯从“放大”的角度来看，我们希望β值越大越好。可是，三极管接成共发射极放大电路（图6）时，从管子的集电极c到发射极e总会产生一有害的漏电流，称为穿透电流Iceo，它的大小与β值近似成正比，β值越大，Iceo就越大。Iceo这种寄生电流不受Ib控制，却成为集电极电流Ic的一部分，Ic＝βIb＋Iceo。值得注意的是，Iceo跟温度有密切的关系，温度升高，Iceo急剧变大，破坏了放大电路工作的稳定性。所以，选择三极管时，并不是β越大越好，一般建议取硅管β为40～150，锗管取40～80。    

 在常温下，锗管的穿透电流比较大，一般由几十微安到几百微安，硅管的穿透电流就比较小，一般只有零点几微安到几微安。Iceo虽然不大，却与温度有着密切的关系，它们遵循着所谓的“加倍规则”，这就是温度每升高10℃，Iceo约增大一倍。例如，某锗管在常温20℃时，Iceo为20μA，在使用中管芯温度上升到50℃，Iceo就增大到160μA左右。测量Iceo的电路很简单（图7），三极管的基极开路，在集电极与发射极之间接入电源VCC（6V），串联在电路中的电流表（可用万用表中的0.1mA挡）所指示的电流值就是Iceo。                                            

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