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音频功率放大器效率分析

 蓦然挥守 2020-10-08

一、放大器种类

  A类功放,这种放大器输出级中的两个或两组输出管永远处于导电的状态。不存在失真。当没有信号时输出管各流通同等电流,没有输出。

  乙类功放又叫做B类功放,当没有信号输入时,输出晶体管不导电;当有信号输入时每对输出管放大一般波形一开一关轮流工作来完成一个全波放大。当两个输出管轮流工作的时候会发生交越失真形成非线性。在信号低的时候失真会很严重。

  甲乙类功放又叫做AB类功放,是A类和B类功放在性能上的一种妥协,是目前较为主流的功放产品。AB功放拥有两个偏压,没有信号时也会有少量电流通过输出管;它在信号小的时候使用甲类工作模式来获得最佳线性,而信号达到一定电平的时候自动切换到乙类工作方式获得更好效率。

  D类功放是数码功放。理论上其工作效率为100%,失真小、线性好。D类功放放大元件处于开关状态。无信号输入时放大器处于截止状。工作时,靠输入信号让晶体管进入饱和状态,晶体管相当于一个导通的开关,把电源与负载直接接通。实际上晶体管有很小的饱和压降而消耗部分电能。

二、放大器效率

  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50%或25%(按负载方式而定)。

  OCL,双电源,效率=π/4*(VCC-Vces)/VCC

  OTL/BTL,单电源,效率=π/4*(VCC-2*Vces)/VCC

  D类,单电源,效率=(VCC-2Vces)/VCC,或者Ro/(R0+2Ron),不考虑开关损耗

  D类,双电源,效率=(VCC-Vces)/VCC,不考虑开关损耗

线性放大器损耗

D类功放

  考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗,整体转换效率一般可达90%左右。

H桥/全桥(类似BTL,单电源)

  效率=Po/(Psupply+Pswitch)

  开关损耗,Pswitch=0.5fosc*Io^2*(ton+toff)*2Ron,其中fOSC是振荡器频率;ton和toff分别是MOSFET开、关频率,Ron为开关管导体电阻,损耗电阻R。

双电源工作模式

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