放大器的分類（2）：B類放大器

來源：羅姆半導(dǎo)體社區(qū)

B類放大器使用以這種方式偏置的兩個(gè)或更多個(gè)晶體管，使得每個(gè)晶體管僅在輸入波形的半個(gè)周期內(nèi)導(dǎo)通。為了通過在熱的形式降低了浪費(fèi)的功率提高先前A類放大器的全功率效率，能夠在其輸出級的兩個(gè)晶體管產(chǎn)生了通常稱為一個(gè)來設(shè)計(jì)功率放大器電路B類放大器還被稱為推挽放大器配置。

推挽放大器使用兩個(gè)“互補(bǔ)”或匹配晶體管，一個(gè)是NPN型，另一個(gè)是PNP型，兩個(gè)功率晶體管一起接收大小相等但相位相反的相同輸入信號。 。這導(dǎo)致一個(gè)晶體管僅放大輸入波形周期的一半或180 o，而另一個(gè)晶體管放大輸入波形周期的另一半或其余180 o，結(jié)果“兩半”在輸出端再次放在一起終奌站。

那么，這種放大器電路的導(dǎo)通角僅為輸入信號的180 o或50％。晶體管對交替半周期的推和拉效應(yīng)使這種類型的電路具有有趣的“推挽”名稱，但更普遍地稱為B類放大器，如下所示。

B類推挽變壓器放大電路

以上示出了電路的標(biāo)準(zhǔn)B類放大器電路，其使用平衡中心抽頭輸入變壓器，其將輸入波形信號劃分成相等的兩半，并且是180 ?出的彼此相。輸出上的另一個(gè)中心抽頭變壓器用于重新組合兩個(gè)信號，從而為負(fù)載提供增加的功率。用于這種類型的變壓器推挽放大器電路的晶體管都是NPN晶體管，其發(fā)射極端子連接在一起。

在這里，負(fù)載電流在兩個(gè)功率晶體管器件之間共享，因?yàn)樗谝粋€(gè)器件中減小而在另一個(gè)器件中增大，在整個(gè)信號周期中減小，從而將輸出電壓和電流減小到零。結(jié)果是現(xiàn)在輸出波形的兩半都從零擺動到靜態(tài)電流的兩倍，從而降低了功耗。這樣的效果幾乎使放大器的效率加倍，達(dá)到約70％。

假設(shè)不存在輸入信號，則每個(gè)晶體管都將承載正常的靜態(tài)集電極電流，該電流由截止點(diǎn)處的基極偏壓確定。如果將變壓器準(zhǔn)確地中心抽頭，則兩個(gè)集電極電流將沿相反的方向（理想狀態(tài)）流動，并且變壓器鐵心不會磁化，從而將變形的可能性降到最低。

當(dāng)在驅(qū)動變壓器T1的次級上存在輸入信號時(shí)，晶體管基極輸入彼此“反相”，因此，如果TR1基極變?yōu)檎?qū)動晶體管，則其集電極電流將增加但是與此同時(shí)，TR2的基極電流將進(jìn)一步變?yōu)樨?fù)值，直至截止，并且該晶體管的集電極電流減小相等的量，反之亦然。因此，負(fù)一半被一個(gè)晶體管放大，正一半被另一晶體管放大，從而產(chǎn)生這種推挽效應(yīng)。

與直流條件不同，這些交流電流是相加的，導(dǎo)致兩個(gè)輸出半周期組合在一起以重新形成輸出變壓器初級繞組中的正弦波，然后該正弦波出現(xiàn)在負(fù)載兩端。

由于晶體管在截止時(shí)被偏置，因此B類放大器的操作具有零直流偏置，因此每個(gè)晶體管僅在輸入信號大于基極-發(fā)射極電壓時(shí)才導(dǎo)通。因此，在零輸入時(shí)，輸出為零，并且沒有功耗。這意味著B類放大器的實(shí)際Q點(diǎn)位于負(fù)載線的Vce部分。

B類放大器的最大優(yōu)點(diǎn)在它們的A類放大器表親在沒有電流流過晶體管，當(dāng)他們在他們的靜止?fàn)顟B(tài)（即，沒有輸入信號），因此，沒有功率在輸出晶體管或變壓器時(shí)消散與A類放大器級不同，沒有信號存在，A類放大器級需要很大的基極偏置，從而即使沒有輸入信號也能散發(fā)大量熱量。

因此， 放大器的整體轉(zhuǎn)換效率（ η）大于等效的A類，效率高達(dá)70％，導(dǎo)致幾乎所有現(xiàn)代類型的推挽放大器都以B類模式工作。

無變壓器B類推挽放大器

上面的B類放大器電路的主要缺點(diǎn)之一是，它在設(shè)計(jì)中使用了平衡的中心抽頭變壓器，因此構(gòu)造成本很高。但是，還有另一種類型的B類放大器，稱為互補(bǔ)對稱B類放大器，因此在其設(shè)計(jì)中不使用變壓器，因此它是無變壓器的，而是使用互補(bǔ)或匹配的功率晶體管對。

由于不需要變壓器，因此對于相同的輸出量，這會使放大器電路變得更小，同時(shí)也沒有雜散磁效應(yīng)或變壓器失真來影響輸出信號的質(zhì)量。

上面的B類放大器電路的每一半波形都使用互補(bǔ)的晶體管，盡管B類放大器的增益比A類放大器高得多，但B類推挽放大器的主要缺點(diǎn)之一是它們會受到噪聲的影響。效果通常稱為交叉失真。

希望我們從有關(guān)晶體管的教程中記得，使雙極性晶體管開始導(dǎo)通大約需要0.7伏（從基極到發(fā)射極測量）。在純B類放大器中，輸出晶體管不會“預(yù)偏置”到“ ON”運(yùn)行狀態(tài)。

這意味著，由于兩個(gè)晶體管之間的過渡（當(dāng)它們從一個(gè)晶體管切換到另一個(gè)晶體管時(shí)），這些晶體管不會停止或開始導(dǎo)通，因此落在此0.7伏窗口以下的輸出波形部分將無法準(zhǔn)確再現(xiàn)。精確地在零交叉點(diǎn)，即使它們是特別匹配的對。

波形的每半部分（正和負(fù)）的輸出晶體管都將具有0.7伏特的區(qū)域，在該區(qū)域中它們不導(dǎo)通。結(jié)果是兩個(gè)晶體管完全同時(shí)被“關(guān)閉”。

消除B類放大器中的交叉失真的一種簡單方法是在電路中添加兩個(gè)小電壓源，以將兩個(gè)晶體管偏置在略高于其截止點(diǎn)的位置。然后，這將給我們提供通常稱為AB類放大器電路的功能。然而，將額外的電壓源添加到放大器電路是不切實(shí)際的，因此使用PN結(jié)以硅二極管的形式提供額外的偏置。

AB類放大器

我們知道，為了使硅雙極晶體管開始導(dǎo)通，我們需要基極-發(fā)射極電壓大于0.7v，因此如果要用兩個(gè)硅二極管代替連接到晶體管基極的兩個(gè)分壓器偏置電阻?，F(xiàn)在，施加到晶體管的偏置電壓將等于這些二極管的正向壓降。通常將這兩個(gè)二極管稱為偏置二極管或補(bǔ)償二極管，并選擇它們以匹配匹配晶體管的特性。以下電路顯示二極管偏置。

AB類放大器

在AB類放大器電路是A類和B類的配置之間的折衷。即使在沒有輸入信號的情況下，這種很小的二極管偏置電壓也會使兩個(gè)晶體管都導(dǎo)通。輸入信號波形將使晶體管在其有源區(qū)正常工作，從而消除純B類放大器設(shè)計(jì)中存在的任何交叉失真。

當(dāng)沒有輸入信號時(shí)，將流過一個(gè)很小的集電極電流，但它比A類放大器配置的電流要小得多。這意味著然后，該晶體管將是“ON”，為波形的多于半個(gè)周期但遠(yuǎn)小于一個(gè)完整的周期給予的180之間的導(dǎo)通角? 360 ?或50％至這取決于輸入信號的100％使用的其他偏差量。通過串聯(lián)增加額外的二極管，可以以倍數(shù)增加存在于晶體管基極上的二極管偏置電壓。

對于大功率應(yīng)用（例如音頻功率放大器和PA系統(tǒng)），B類放大器比A類設(shè)計(jì)更受青睞。像A類放大器電路一樣，大大提高B類推挽放大器電流增益（A i）的一種方法是在輸出電路中使用達(dá)林頓晶體管對代替單個(gè)晶體管。

審核編輯黃昊宇