綜上所述，筆(bǐ)者認爲在未來的一段時間(jiān)内，AB類和D類功放仍将共存於(yú)音頻功放市場(chǎng)，在不同的應用領域内發揮各自的優勢。本文僅對AB類音頻功放的一些相關電路結構和性能參(cān)數作簡單介紹，並(bìng)對市場上各主要生産商的主流産品進行分析和比較。
AB類音頻功放的主要電路模塊
通用的AB類音頻功率放大器由基本的鏡像電流源模塊和輸出運算放大器模塊構成，通常還包括基準電壓模塊和過溫保護模塊等，更複雜的功率放大器還包括輸入運放、過流保護以及一些附加的功能模塊，如輸入信号選擇、音量調節、音效處(chù)理以及總線模塊，從而構成集成多種功能的音頻子系統，以應用於(yú)更廣泛的領域。圖1所示爲一款最簡單(dān)的單(dān)聲道音頻功率放大器的應用圖，其中包括鏡像電(diàn)流源模塊和全差分運算放大器模塊兩部分。
鏡像電流源
鏡像電(diàn)流源模塊的基本結構(gòu)如圖2所示。
根據電(diàn)路總體結構的要求，通常可以採(cǎi)用基本電(diàn)流鏡或共源共栅電(diàn)流鏡來實現電(diàn)流源設計。
電(diàn)流源電(diàn)路特點(diǎn)爲：輸出電(diàn)流穩定，輸出交流電(diàn)阻大。其主要應用包括：
1. 作爲有源集電(diàn)極負載，提高運放的單(dān)級增益；
2. 作爲輸入差分放大器的射極(jí)電(diàn)阻，提高集成運放的共模抑制比；
3. 用來對電(diàn)路進行偏置，穩定電(diàn)路的工作點(diǎn)。
IC1與IR之間的關系如一面鏡子，即IC1≈IR，故稱爲鏡像電流源。
鏡像電流源具有一定的溫度補(bǔ)償(cháng)作用。因爲在整體電路的設計中，鏡像電流源要提供系統中其他各部分工作的偏置電壓和電流，因此在進行這一模塊的設計時，要考慮到系統靜态電流的要求以及運算放大器工作點的選取，同時還要考慮輸出溫漂以及電源紋波對輸出的影響。
輸出運算放大器
輸出運算放大器是AB類音頻功放産品中最關鍵的部分，它的設計直接決定著(zhe)功放産品關鍵性能的優劣，包括輸出功率、靜态功耗、電源抑制比、共模抑制比、相位裕度、單位增益帶寬以及密勒補償等，這些特性都要在輸出運放的設計中予以充分考慮，並(bìng)保證其達到預期的參數值。
CMOS運算放大器主要由差分跨導級、高增益級、輸出級、密勒補償電路及偏置電路構成，通常採(cǎi)用二級放大結構。電路結構可以有很多種設計和選擇，如簡單的兩級運放、共源共栅運放、折疊共源共栅運放等。針對不同應用，應採(cǎi)用不同的電路結構，並(bìng)在設計中針對不同的預期參數進行優化設計。
AB類音頻功率放大器對輸出運算放大器的主要要求包括：盡可能高的開環增益、共模抑制比、電源抑制比、單(dān)位增益頻率，以及盡可能低的功耗、失調電壓等，而輸出功率管的交越失真也是設計中必須考慮並(bìng)盡量避免的。很多AB類音頻功放採(cǎi)用折疊(dié)共源共栅結構，
AB類輸出運算放大器的主要特點是：晶體管的導通時間稍大於半周期，必須用兩管推挽工作，以抑制偶次諧波，減小交越失真，效率較高，晶體管功耗較小等。
其它附加功能模塊
基準電壓模塊
輸(shū)出運算放大器的基準電(diàn)壓通常爲VDD/2，接於(yú)放大器正端輸入，爲運算放大器的輸出提供中心直流電壓，保證其可在輸入交流信号的正負半周内正常工作。這個基準電壓通常由内部電路産(chǎn)生，可以是直接的電阻分壓。但對性能要求更高的音頻功放在這部分的設計中會考慮到抑制上電噼啪聲，以及需要在電路出現異常即極低或極高的基準電壓時及時關斷系統，因而會設計更複雜的電路，以保證系統具有更完善的性能。最常見的方法是在芯片外圍接旁路電容，這樣在電源上電時，基準電壓不是馬上達到VDD/2，而是經(jīng)旁路電(diàn)容充電(diàn)才上升爲VDD/2，這使音頻功放可在一定的充電時間後才開始工作，從而避免瞭(le)電源上電時因芯片立即工作而産(chǎn)生的噼啪聲。
過溫保護模塊
音頻(pín)功率放大器芯片都有自己的工作溫度範圍，超出這個範圍，芯片的很多性能都會變(biàn)得很差，甚至會造成不可逆的損壞。爲避免這一狀況的發生，很多音頻功率放大器都會加入過溫保護模塊。過溫保護模塊的原理是利用二極管的負溫度系數和電阻的正溫度系數互補(bǔ)，将鏡像電流源産生的電流鏡像爲兩路，一路接一個二極管，而另一路接一個電阻，這兩路的輸出分别接一個比較器的兩個輸入端，比較器的輸出又控制鏡像電流源。芯片在正常溫度範圍内工作時，比較器的輸出不變(biàn)，因爲芯片工作時其溫度是逐漸升高的，使一路電壓逐漸降低而另一路逐漸升高，當溫度達到一定值時，這兩路電壓值的大小發生翻轉，使比較器的輸出也發生翻轉，控制鏡像電流源的輸出爲0，從(cóng)而關斷芯片使其停止工作。芯片停止工作後其溫度會逐漸降低，引起兩路的電壓值随之變(biàn)化，比較器的輸出也會随之翻轉，使芯片重新開始工作。通過設計電路結構，可使比較器的兩次翻轉所對應的溫度值存在大約15℃~20℃的滞回，從(cóng)而有效避免瞭(le)因溫度過高而引起的芯片損壞。
音量控制模塊
通常用戶在使用音/視頻産(chǎn)品時都希望它的音量是可以調節的。以往大多數音量調節的功能是通過在音頻功放芯片上連接另一塊獨立的音量控制芯片來實現的，但現在，很多音頻功放芯片已經把這一功能集成到功放芯片内，以降低系統整體成本。現在普遍採(cǎi)用的音量控制模塊是數字音量控制，這種控制方式更适合目前消費電子市場上以按鍵爲主的操作模式。
音效調節模塊
在一些音視頻設備(bèi)中通常會提供有如古典樂、搖滾樂、爵士樂以及低音增強等音效的選擇，這些音效調節功能同樣可以通過在功放上連接獨立的芯片提供，也可以直接繼承在音頻功放芯片内，從而降低系統成本。音效調節功能是通過調節功放輸出在不同頻段内的增益來實現的，例如要達到低音增強的效果，就通過濾波器來提高低頻部分的增益而保持高頻部分單位增益不變(biàn)。
音頻放大器的重要參數
總諧波失真加噪聲
(THD+N)
總諧波失真是指模拟電路處(chù)理信号後，在特定頻率範圍内所引入的總失真量；噪聲是指通常不需要的信号，有時是由於(yú)熱或其它物理條件引起的電路闆上的其它電氣行爲(幹擾)。從(cóng)上述定義中不難(nán)看出，總諧波失真和噪聲越小越好。
對(duì)於(yú)理想的音頻功率放大器來說，如果不考慮功率放大器的增益
表1 美國國家半導體公司部分AB類放大器參數略覽
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狀态描述 産品名稱
參數
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LM4809
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LM4863
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LM4890
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橋式輸出
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單端輸出
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THD+N
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0.3%
Po=50mW,RL=32Ω
f=20Hz~20kHz
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0.3%
Po=2W,RL=4Ω
f=20Hz~20kHz
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0.2%
Po=75mW,RL=32Ω
f=20Hz~20kHz
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0.1%
Po=0.4W,RL=8Ω
f=1kHz
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關斷保護
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有，低有效
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有，高有效
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有，高有效
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過溫保護
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無
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有
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有
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靜态電流
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1.4mA(典型值)
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11.5mA
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5.8mA
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4mA(典型值)
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關斷電流
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0.2mA(典型值)
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0.7mA(典型值)
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0.1mA(典型值)
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電源電壓範圍
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2.0V~5.5V
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2.0V~5.5V
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2.2V~5.5V
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PSRR
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70dB
CB=1.0mF,
VRIPPLE=200mVPP,f=1kHz
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67dB
CB=1.0mF,
VRIPPLE=200mVPP, RL=8Ω
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52dB
CB=1.0mF,
VRIPPLE=200mVPP,f=1kHz
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62dB
CB=1.0mF,
VRIPPLE=200mVPP,f=217Hz
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輸出功率
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0.1%THD+N
105mW(RL=16Ω)
70mW(RL=32Ω)
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1%THD+N
2.5(RL=3Ω)
2.2(RL=4Ω)
1.1(RL=8Ω)
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0.5%THD+N
85mW(RL=32Ω)
1%THD+N
340mW(RL=8Ω)
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2%THD+N
1W(RL=8Ω)
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大小，輸入一定頻率的正弦波信号後(hòu)，其輸出也應該(gāi)是沒有失真(波形沒有變形)、沒有噪聲的正弦波信号。但真實的音頻功率放大器的輸出音頻信号總會有一點失真，並(bìng)且疊加瞭(le)噪聲(在正弦波上疊加瞭高頻雜波)。這種失真是較小的，從波形圖中很難看出來，隻有用失真儀才能測出。波形的失真是由於(yú)在正弦波上疊加瞭(le)多種高次諧波而造成的(如3次諧波、5次諧波等)，所以被稱(chēng)爲總諧波失真。理想的音頻功率放大器沒(méi)有諧波失真及噪聲，所以THD+N=0。實際(jì)的音頻(pín)功率放大器有各種諧波造成的失真及由器件内部或外部造成的噪聲，其THD+N的值通常爲0.00n%~10%(n=1~9)。
但這個指标是在一定條件下測(cè)試得出的。同一個音頻功率放大器，如果改變(biàn)測(cè)試條件，其THD+N的值會有很大的變(biàn)動。這裏指的條件是，一定的工作電(diàn)壓VCC(或VDD)、一定的負載電阻RL、一定的輸入頻率fIN(一般常用1KHz)，以及一定的輸出功率Po。如果改變(biàn)瞭(le)其中的條件，則會得到不同的THD+N值。一般來說，輸出功率小(如幾十mW)的高質量音頻功率放大器(如用於MP3播放機)的THD+N指标可達10-5，其具有較(jiào)高的保真度；輸出幾(jǐ)百mW的音頻(pín)功率放大器要採(cǎi)用揚聲器放音，其THD+N一般爲10-4；輸出功率在1W~2W的音頻功率放大器的THD+N更大些，一般爲0.1%~0.5%。
最大輸出功率(POCM)
輸出功率反映瞭(le)音頻功率放大器的負載能力，音頻放大器廠商通常會提供産(chǎn)品在一定工作電壓、額定負載以及某一THD+N指标下的最大輸出功率。
電源紋波抑制比(PSRR)
電(diàn)源紋波抑制比是音頻放大器的輸入測(cè)量電(diàn)源電(diàn)壓的偏差耦合到模拟電(diàn)路的輸出信号的比值。PSRR反映瞭(le)音頻功率放大器對電(diàn)源的紋波要求，PSRR值越大，音頻(pín)放大器輸(shū)出音質就越好，性能越優越。
靜态功耗(IDD)
這一參(cān)數體現爲設計中的靜态電(diàn)流，在滿足最大輸出功率的同
表2 德州儀器公司部分AB類放大器參數略覽
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狀态描述 産品名稱
參數
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TPA6112A2
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TPA301
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TPA6203A1
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THD+N
(f＝1kHz，Pout＝1W)
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0.6%
Po=100mW,RL=16Ω
f=20Hz~20kHz
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1%
Po=350mW,RL=8Ω
f=20Hz~20kHz
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0.06%
Po=1W,RL=8Ω
f=1kHz
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關斷保護
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有，高有效
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有，高有效
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有，低有效
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過溫保護
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有
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有
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