模拟技术中的AB类功率放大器驱动电路的研究与设计

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% 在模拟电子技术中，功率放大器的设计至关重要，特别是在音频系统和通信设备中。本文主要探讨的是AB类功率放大器的驱动电路设计，这是一种在效率和线性度之间取得平衡的功率放大器类型。AB类放大器的特点是其导通角介于A类和B类之间，通常在180°到360°之间，这允许它在提供较高功率的同时，保持较好的线性性能，从而降低失真。 AB类功率放大器设计的主要目标是确保在半个周期以上的时间内，晶体管处于导通状态，以实现线性调制。这可以通过调整偏置电路来实现。偏置电路的作用是设置放大器中晶体管的工作点，使其在输入信号变化时能够正确地工作在开关状态的边缘，即部分导通和部分截止，从而避免了A类的低效率和B类的非线性失真。 文中提到了两种常见的偏置方式：镜像电流偏置和分压偏置。 1. **镜像电流偏置**：在这种方法中，使用两个相同参数的MOSFET（M1和M2）和一个电阻R，形成一个镜像电流源。通过调整VDD和R，可以控制流经MOSFET的电流，以实现所需的静态工作点。由于M1和M2的特性匹配，即使在温度变化时，流经M2的电流也能保持稳定，提供高热稳定性。仿真结果表明，当晶体管M2的漏极电流超过半个周期时，满足了AB类功放的要求。 2. **分压偏置**：这种方法利用电阻分压来设定栅极电压，以控制晶体管的导通程度。隔直电容C用于隔离输入信号中的直流成分，扼流电感L用于减少直流功率损耗，提高效率。源极电阻R3很小，以减少不必要的直流功耗。通过调整上偏置电阻R1和下偏置电阻R2，可以灵活地设置栅极静态电压Vg，适应不同晶体管的参数变化。 在实际设计中，需要考虑各种因素，如电源电压VDD、输入信号的幅度和频率、元件参数的选择等，以确保AB类放大器的性能。通过HSpice等仿真工具，可以验证设计的正确性和性能指标，如电流波形、效率和线性度。 AB类功率放大器驱动电路的设计是一门精细的艺术，需要在效率、线性度、稳定性等多个方面取得平衡。通过对不同偏置方式的理解和优化，可以构建出高性能的AB类功放，满足各种应用需求。