推挽放大電路、推挽放大電路工作原理、A類放大電路、B類放大電路、AB類放大電路、如何降低推挽放大電路的交叉失真。

一、推挽放大電路

推挽晶體管電路是一種電子電路，使用以特定方式連接的有源器件，可以在需要時交替提供電路并從連接的負載吸收電流，用于向負載提供大功率，也被稱為推挽放大器。

推挽放大器由2個晶體管組成，其中一個是NPN型，另外一個PNP型。一個晶體管在正半周期推動輸出，另一個在負半周期拉動輸出，因此被稱為推挽放大器。

推挽放大器電路的主要優(yōu)點是當沒有信號時，輸出晶體管沒有功耗。推挽放大電路有多種類型，但通常將B類放大器視為推挽放大器。

推挽放大電路

二、A類放大器

A類配置是最常見的功率放大器配置，僅由一個設置為始終保持導通狀態(tài)的開關晶體管組成，產生最小的失真和最大幅度的輸出信號。A類放大器的效率很低，接近30%。即使沒有連接輸入信號，A 類放大器的級也允許相同數(shù)量的負載電流流過它，因此輸出晶體管需要大散熱器。A類放大器的電路圖如下：

A類放大器

三、B類放大器

B類放大器是實際的推挽放大器。B 類放大器的效率高于 A 類放大器，因為它由兩個晶體管 NPN 和 PNP 組成。B 類放大器電路以這樣一種方式偏置，即每個晶體管將在輸入波形的一個半周期內工作。因此，這類放大電路的導通角為180度。一個晶體管在正半周期推動輸出，而另一個在負半周期拉動輸出，這就是它被稱為推挽放大器的原因。B類放大器的電路圖如下：

B類放大器

交叉失真

B 類通常會受到稱為交叉失真的影響，其中信號在 0V 時失真。我們知道，晶體管需要在其基極 - 發(fā)射極結處提供 0.7v 的電壓才能將其打開。因此，當交流輸入電壓施加到推挽放大器時，它從 0 開始增加，直到達到 0.7v，晶體管保持關斷狀態(tài)，我們沒有得到任何輸出。PNP 晶體管在交流波的負半周也會發(fā)生同樣的事情，這被稱為死區(qū)。為了克服這個問題，二極管用于偏置，然后放大器被稱為 AB 類放大器。

四、AB類放大器

交叉失真缺陷可以通過使用兩個在晶體管位置導通的二極管來校正。修改后的電路現(xiàn)在稱為AB 類放大器電路。

該AB類放大器是利用A類和B類放大器電路的特性制成的電路。從 0V 到 0.7V，二極管偏置在導通狀態(tài)，此時晶體管在基極沒有信號。這解決了交叉失真問題。

AB類放大器

五、推挽放大電路工作原理

推挽放大電路

推挽放大電路由兩個晶體管Q1和Q2組成，分別為NPN和PNP。當輸入信號為正時，Q1 開始導通并在輸出端產生正輸入的復制品。此時Q2仍處于關斷狀態(tài)。

在這里，在這種情況下

V輸出= V輸入– V BE1

類似地，當輸入信號為負時，Q1 關閉，Q2 開始導通并在輸出端產生負輸入的復制品。

在這種情況下：

V OUT = V IN + V BE2

現(xiàn)在，為什么當 VIN達到零時會發(fā)生交越失真？下面為推挽放大器電路的粗略特性圖和輸出波形。

推挽放大器電路的粗略特性圖和輸出波形。

晶體管 Q1 和 Q2 不能同時導通，要使 Q1 導通，我們要求 V IN必須大于 Vout，對于 Q2，Vin 必須小于 Vout。如果 V IN等于零，則 Vout 也必須等于零。

現(xiàn)在，當 V IN從零開始增加時，輸出電壓 Vout 將保持為零，直到 V IN小于 V BE1（約為 0.7v），其中 V BE是導通 NPN 晶體管 Q1 所需的電壓。因此，在 V IN小于 V BE或 0.7v期間，輸出電壓呈現(xiàn)死區(qū)。當 V IN從零開始下降時也會發(fā)生同樣的事情，PNP 晶體管 Q2 不會導通，直到 V IN大于 V BE2 (~0.7v)，其中 V BE2是導通晶體管 Q2 所需的電壓。

六、如何降低推挽晶體管電路的交叉失真

不管是為揚聲器還是伺服放大電路供電，推挽輸出級（B類）是一個很好的選擇。主要優(yōu)點就是當沒有信號存在時，輸出晶體管中沒有功耗。缺點就是信號子0V附近失真。下面來看看使用一些簡單的技術可以降低多少失真。

推挽輸出級

該電路被稱為互補對稱推挽輸出級。

有一個 NPN 和一個 PNP 設備。

NPN 和 PNP 電路看起來一樣。

該級既可以提供電流也可以吸收電流。因為電路實際上只是幾個射極跟隨器驅動同一個負載，所以操作簡單；Q1 進行正擺動；Q2 進行負擺動。

在仿真中，將 10 kHz 的 5V 峰值正弦波應用于輸入。繪制輸入 V(1) 和輸出 V(2) 電壓?！罢也ā陛敵觥敵黾壥呛唵蔚纳錁O跟隨器。打開晶體管大約需要 0.7 V。這意味著在輸入達到 +0.7 V 之前，Q1 的發(fā)射極不會開始正向移動。同樣，在輸入低于 -0.7 V 之前，Q2 的發(fā)射極不會向負移動。實際上，+/-0.7 V 之間的任何輸入信號都有進入“死區(qū)”，使輸出停留在 0V。另一個不良影響是輸出低于 5V 峰值約 0.7 V。

1、失真程度怎么樣？

仿真提供了一種方便的方法來確定輸出信號的總諧波失真 (THD)。通過包含命令四個 10KHZ V(2)，使用 10kHz 作為基頻計算電壓 V(2) 的傅里葉級數(shù)。

如果信號是沒有失真的純正弦波，則傅里葉級數(shù)將在基本 10kHz 處顯示一個大分量 V1，沒有任何分量，V2、V3、V4...，諧波頻率為 20kHz、30kHz、40kHz... .. 另一方面，失真波在諧波處顯示出重要的成分。THD 很容易計算為：

總諧波失真

2、二極管偏置

這里需要一種方法來彌補射極跟隨器的 0.7 V 損失。這里就要想：哪個組件的導通電壓接近 VBE 壓降？答案是PN結二極管，下面顯示了兩個二極管清理死區(qū)的示意圖。

兩個二極管清理死區(qū)

這是解決失真問題的簡單而有效的方法。二極管 D1 為輸入信號增加了大約 0.7 V，與 NPN 發(fā)射極跟隨器 Q11 的下降量大致相同，為 -0.7 V。最終效果是 VD1 和 VBE 相互抵消，保持（大約）輸入電平。二極管 D2 對 Q12 的作用相同，只是極性相反。

RB1 控制 D1 的電流,電流越大（RB1 越?。┮馕吨O管電壓越大，因此在無輸入信號時 Vbe 越大。這種增加的偏差應該會進一步減少失真。但是，注意不要讓 RB1 太小。由此產生的更高的二極管電流和更高的二極管電壓開始正向偏置 Q1，導致集電極電流流動，即使沒有輸入信號也是如此。此時，晶體管已進入 AB 類偏置。只要您考慮到 Q1 中的額外功耗，這可能沒問題。（偏置過多的另一個危險是晶體管在升溫時進入熱失控狀態(tài)。）

在另一個極端，降低 RB1 可能會限制最大輸出擺幅。RB1 有兩個功能：

將基極電流輸送到 Q11

將偏置電流輸送到 D1

你可以通過 IRB1 = (VPOS - VB11) / RB1 計算通過 RB1 的電流，從這個公式你可以知道 IRB1 會隨著 VB11 的增加而變小。到達一個點，IRB1 不足以同時為 D1 和 Q11 供電。隨著輸入增加，二極管 D1 最終關斷，使輸出在剩余的電壓峰值期間保持平坦。

3、用 RB1 來嘗試進一步降低 THD

將 RB1 從 10k 降低到 1k 這樣的值，重新運行模擬。THD 有沒有下降？另一方面，如果追求的是低功耗，則增加 RB1 以降低輸出級中的偏置電流。但是，在輸出在峰值附近變平之前，用不依賴于 VB11 的電流源替換 RB1，或者選擇具有更高 Beta 的晶體管。）

4、反饋回路中的輸出級

反饋可以幫助解決漂移和非線性電路等問題。這里對清理失真正弦波的任務進行測試。

下面是一個推挽級，包含在一個簡單的單位增益運算放大器電路的反饋回路中。

簡單的單位增益運算放大器電路的反饋回路

這里移除了二極管偏壓，讓反饋環(huán)路對電路起到作用。

這里運行仿真并繪制帶有反饋的輸入V(21) 和輸出電壓 V(22)。查看運算放大器的輸出 V，運算放大器的輸出補償了射極跟隨器的 0.7 V 壓降。然后對輸出執(zhí)行傅里葉分析，THD 現(xiàn)在應該被壓低到 0.1% 以下。

總結

如果要降低推挽放大電路的交叉失真，有以下方法：

1、像前面的電路一樣添加二極管偏置

2、通過添加兩個反饋電阻來為該級增加一些增益；一個從 RL3 到運算放大器的負輸入，另一個從負輸入到地。增益與運算放大器同相放大器的增益相同。只要確保降低輸入電壓，就不會過度驅動輸出級。

　　審核編輯：湯梓紅