可以增加給定輸入信號的電流、電壓或功率的電子設備稱為放大器。根據電路應用，放大器分為電壓放大器和功率放大器，其中小信號和大信號(功率)放大器的重要因素是線性度、放大率、效率、電路可以處理的最大功率、阻抗匹配以及處理高電壓和電流電平的能力。

另外，輸出信號在給定輸入信號的正負周期上的變化取決于稱為放大器類別的操作類別或操作模式。目前功率放大器有四種類型，分別是A類放大器，B類放大器，AB類放大器和C類放大器。本文簡單介紹下AB類放大器工作原理、偏置方法及功率計算公式。

AB類放大器的概念

用于克服B類放大器中的交叉失真的放大器稱為AB類放大器。A類放大器和B類放大器的組合形成了AB類放大器。AB類放大器旨在克服和消除A類放大器效率低和 B 類放大器失真的缺點，并利用這兩種放大器的優點。

AB類放大器的構造/設計

設計具有高效率和低失真的放大器的最佳方法就是AB類放大器，它是B類配置和A類配置的結合，從而產生了AB類放大器電路。因此該放大電路的輸出級結合了A類和B類放大器的優點，也減少了失真和低效率的問題。

AB類放大器電路設計考慮了兩個晶體管T1和T2。晶體管T1為NPN型，晶體管T2為PNP型。兩個正向偏置二極管D1和D2串聯連接，以控制VBE(發射極-基極電壓)由于溫度變化引起的變化，如下面電路圖所示。電阻R1與D1串聯，電阻R2與D2串聯。

AB類放大器工作原理

AB類放大器電路甚至可以用于小功率輸出。因為A類放大器用于小電流輸出，而B類放大器用于大電流輸出。這是通過對放大器電路輸出級中的2個晶體管進行預偏置來實現的。根據預偏置和輸出電流，每個晶體管在180°和360°之間導通時間。因此，放大器的輸出級作為AB類放大器工作。

考慮T1是NPN晶體管，T2是此放大器配置的PNP晶體管，以獲得具有給定輸入信號的正負半周期組合的完整輸出信號。在這種配置中，由于輸入信號在過渡期間同時由T1和T2晶體管導通，可以消除交叉失真。

因此在沒有輸入交流信號的情況下，晶體管可以導通。通過使用二極管D1和D2施加小的偏置電壓，可以觀察到工作點高于截止區域。這里輸出信號的幅度和相位是相同的。因此AB類放大器也被稱為線性放大器。

AB類放大器偏置方法

基于此配置中使用的互補晶體管的同時導通，AB類放大器有不同的偏置方法來創建電壓間隔。下面簡單介紹具有優點和缺點的可能的偏置方法。

1、電壓偏置

它是一種直接、獨立且簡單的方法，由直流發電機或電池的電壓供應完成。但由于封裝和成本高，無法用于實際電路。

2、分壓器網絡

此處晶體管基極的電壓降為1.2V至1.4V(通過R1+R2總電阻)。該值與2VBE有關，其中VBE是晶體管的閾值電壓。由于該電壓降，晶體管T1和T2超過截止區域，因此導致輸入信號的一小部分同時導通。這種方法并未廣泛使用，僅適用于具有特定電阻值和互補晶體管的特定推挽放大器配置。

3、電阻偏置

電壓偏置和電阻偏置之間的區別在于，可調電阻(或)電位器保持在兩個網絡之間。這種方法的主要優點是，互補晶體管的偏置(即使具有不同的電氣特性)是通過控制電阻來實現的。由于截止區域上方的偏置，此配置的不當工作可能導致溫度變化。因此，一般首選二極管偏置方法。

4、二極管偏置

二極管可以產生0.7V的恒定電壓，高于一定的電流值。此特性用于在T1和 T2晶體管的基極之間提供1.4V恒定電位。這種方法的優點是在任何溫度變化時二極管D1和D2兩端的電壓降都可以自我調節。溫度的升高會降低二極管的閾值電壓并降低T1和T2晶體管的偏置，從而導致有限的熱失控。

AB類放大器工作特性

AB類放大器提供線性度高、效率高且無交叉失真。在這種配置中，偏置方法是根據工作點選擇的，其中包括A類和B類放大器的中間導通角，而該工作點的位置取決于線性度和效率。如果其工作點接近A類放大器的工作點，則它作為A類放大器工作。在這種情況下，它以較低的效率提供高線性度。

AB類放大器配置的工作特性如下圖所示，該放大器輸出信號的導通角大于180°小于360°，Q點的位置標注在截止區域上方。因此，在沒有輸入交流信號的情況下，晶體管可以導通。通過使用二極管D1和D2施加小的偏置電壓，可以觀察到工作點高于截止區域。這里輸出信號的幅度和相位是相同的，所以這就是AB類放大器被稱為線性放大器的原因。

考慮T1是NPN晶體管，T2是此放大器配置的PNP晶體管，以獲得具有給定輸入信號的正負半周期組合的完整輸出信號。在這種配置中，由于T1和T2晶體管同時傳導輸入信號，因此可以消除交叉失真。

AB類放大器的效率為：? = π/4. Vac/V supply

其中Vac是輸出信號的交流波動，最大效率取決于Vac的最大值和工作點的位置。

如果AB類放大器的偏置限制在截止點，Vacmax = V電源，那么?max = π/4 = 78.5%。

如果AB類放大器的偏置限制在A類放大器工作點，Vacmax = Vsupply/2，則?max= π/8=39.3%。

如果工作點靠近B類放大器(信號的傳導角在180°到270°之間)，那么?max的范圍在58.9%到78.5%之間。

為了實際上消除交叉失真，在晶體管T1和T2上施加了一個小的靜態偏置。如果T1和T2是匹配的晶體管，則每個的發射極 - 基極結偏置為VBB/2，當輸入Vi=0時，結果Vo=0。因此，靜態集電極電流的公式如下：

Icn = Icp = Is. e^(VBB/2.Vt)

當Vi增加時，T1的基極電壓增加，V0增加。這里晶體管T2用作射極跟隨器并向RL提供電流。因此，輸出電壓的方程為：

V0 = Vi +VBB/2 – VBEn。

T1的集電極電流為：Icn = Il + Icp(忽略基極電流)

由于Icn應提供負載電流。隨著VBEn增加，由于恒定的VBB，VBEp減小，所以VBEn降低導致Icp降低。

當Vi為負時，T2的基極電壓降低，導致Vo降低。這里T2用作射極跟隨器并吸收負載電流。

隨著Icp的增加，VBEp的增加導致Icn和VBEn的減少。

使用MOSFET的AB類放大器

AB類放大器可以設計成使用MOSFET產生100W的輸出功率來驅動8歐姆的負載，這種功率放大器的設計是因為它的效率高，諧波少，交叉失真。使用MOSFET的AB類放大器的電路圖如下圖所示：

下面整理下構建上述電路所需的組件：

PNP晶體管–BC556(Q1、Q2)

NPN晶體管–MJE340 (Q3, Q4)

PNP晶體管–MJE350 (Q5, Q6)

N溝道E-MOSFET – IRF530 (Q7)

P溝道E-MOSFET – IRF9530 (Q8)

電源電壓 +/- 50 伏 (V1, V2)

4kohms - (R1, R4)

100歐姆-(R2)

50kohms -(R3)

1kohms - (R5)

50kohms - (R6)

10kohms -(R7)

100ohms-(R8，R9)

470ohms-(R10)

100ohms-(R11)

3kohms - (R12)

0.33ohms - (R14, R15)

10微法拉 - (C1)

18pF -(C2，C3)

100nF -(C4)

該電路基于多級功率放大原理工作，由驅動器、前置放大器和使用MOSFET的功率放大組成。前置放大過程使用差分放大器、帶有電流負載的驅動級和使用帶有AB類放大器的 MOSFET 進行功率放大。

與BJT(雙極結型晶體管)相比，使用MOSFET的主要好處是其驅動電路簡單、對熱穩定性的敏感性較低以及輸入阻抗高。在前置放大過程中，由前置放大器在2級差分放大電路的幫助下產生無噪聲的放大信號。前置放大器的第一級處于差分模式，使用帶有PNP晶體管的發射極耦合放大器。

第二級是帶有有源負載的差分放大器電路，有助于提高電壓增益。為確保輸出電流相對于輸入電壓信號的變化保持恒定，使用了電流鏡電路。放大后的輸入信號被饋送到AB類功率放大級，以產生高功率輸出信號。

使用MOSFET的AB類功放被稱為Hi-fi功放電路，適用于鍵盤功放、通用功放、吉他功放、低音炮功放等多種應用。它產生的失真較小，約為0.1%，阻尼系數>200，輸入靈敏度為1.2V，帶寬范圍為4Hz-4KHz。

AB類放大器功率計算公式

AB類放大器的總功率由輸入功率和輸出功率計算得出。

1、輸入功率

輸入功率是指AB類放大器從電源提供給負載的電量，它也被稱為直流電源，是由Pi(dc) = Vcc. Idc計算得出。每個晶體管汲取的電流量類似于全波信號的電流，所以：

Idc = 2/π.I(peak)

因此，公式總輸入功率為：

Pi(dc) = Vcc. 2/π. I(peak)

每個晶體管為半波信號汲取的電流量與半波信號的平均值相同。

Icc = Ic(sat) / π

Pi(dc) = Ic(sat) Vcc/π

2、輸出功率

負載的最大輸出功率由下式計算：

Pout = Iout(rms) x Vout(rms)

輸出電流 Iout(rms) = 0.707Iout(peak) = 0.707Ic(sat)

輸出電壓 Vout(rms) = 0.707Vout(peak) = 0.707VCEQ

因此，總輸出功率由下式計算：

Pout = 0.5Ic(sat) x VCEQ，代入VCEQ =VCC/2，那么最大輸出功率為：

Pout = 0.25Ic(sat) x VCC

其中VCEQ = AB類放大器的單電源和雙電源的最大峰值輸出電壓，Ic(sat) = AB類放大器的峰值輸出電流，或者：

Pout=Vl^2/Rl=Vl^2(peak) /2Rl = Vl^2(p-p) /8Rl

3、AB類放大器效率

與B類和A類放大器的效率相比，AB類放大器的效率很高。AB類放大器的偏置消除了交叉失真。效率定義為交流輸出功率與直流輸入功率之比，用“?”表示：

? = Pout/Pdc

由于Pout = 0.25.Ic(sat) Vcc，Pdc = Ic(sat) / π，所以AB類放大器的最大效率將是：

? = Pout/Pdc ==》?= 0.25.Ic(sat) Vcc/ [(Ic(sat) Vcc) /π] ==》 0.25π ==》78.5%。

AB類放大器優缺點

AB類放大器的優點包括以下幾方面內容：

消除了交叉失真。

提供比A類放大器更高的效率和信號放大。

它是一個線性放大器，因為輸出信號的幅度和相位與輸入相同。

首選用于收音機、音頻系統和電視接收器。

提供高效率和高頻響應。

諧波失真小。

AB類放大器的缺點包括以下幾點內容：

與 B類放大器的效率相比，AB類放大器的效率要低。

電路結構復雜。

成本高。

不適當的偏置會在輸出信號中產生尖峰，從而導致交叉失真。

AB類放大器的應用

AB類放大器的應用包括以下幾點內日：

用于電視中的音頻 (AF) 放大器。

用于公共廣播系統。

用于電視接收器。

用于無線電接收器。

用于CD播放器。

使用的衛星和其他無線通信系統。

總結

以上就是關于AB類放大器的概述、電路圖、使用MOSFET的AB類放大器、功率和效率推導等相關內容，僅供大家學習參考。其實，從上面介紹不難看出，AB類放大器其實就是A類放大器和B類放大器的完美結合，摒棄二者缺點，結合二者優點而來。