TI AB类功放特点及设计技巧
我们知道，这几年D类功放技术发展的很快，市场占有率不断加大，但是D类功放也有它自身不足之处，还是不能完全取代AB类功放，与D类功放相比，AB类功放都有哪些优势呢?第一，AB类功放设计相对比较简单；第二，大多数AB类功放都是采用单面板，这样可以减少成本；第三，外围元器件比较少；第四，没有EMI干扰；第五，音质较好。
AB类功放应用
并联应用是AB类功放的应用之一，如图1所示。IC并联时可提高输出电流，增加带载能力，可以带更低阻抗的喇叭负载。为了防止两个放大器输出电流不一致，在输出端分别串联一个小电阻，作为均压和均流。桥接模式应用在相同的电源电压下，桥接的输出压增加了一倍，输出功率是单端模式的4倍。图2为LM3886桥接应用电路。
图1 AB类功放并联应用
图2 AB类功放LM3886桥接应用
稳定性
设计应用的稳定性很重要，设计的不完善容易引起振荡。振荡产生的原因很多。最常见的一种振荡之一是波形的负半周有毛刺产生“（fuzz）”。振荡不只出现在负半周，正弦波上的每个点都有可能产生。
对于震荡的解决方案一般有三种，第一是加入缓冲器的方法，在输出端加入RC消振电路（也叫茹贝尔（zobel）移相网络；第二是放大器增益方法，大多数的AB类功放要求闭环增益大于10倍，在反馈电路中加入反馈电容，增加电路的稳定；第三是改善电源，在靠近器件的位置安装高频滤波电容。
散热因素
所有的IC产品都存在热损耗，AB类功放在运行时会有较大的热量产生。不同的功耗取决于电源电压和输出负载（8Ω或4Ω）。
散热效果取决于IC本身封装的热阻。θja 指的是“结与环境的热阻”，θjc 指的是“结与外壳的热阻”。散热片也是以℃/W为单位的热阻，θCS指的是“外壳与散热片的热阻”，θSA指的是“散热片与环境的热阻”。
PDMax = V2/(2×2RLoad)+PQ
其中，V为电源电压，PQ为静态功耗。
LM1875的PDMAX值
PDMAX=(50×50)/(2×(3.14)2×8)+(50V×70mA)
PDMAX=15.35+3.5=18.85W
大多数IC的数据手册都有相应的“功耗”曲线，这是找出PDMAX值最简单的方法。不是所有工作条件下的功耗都能从曲线图找到，需要确保喇叭负载与所选的“功耗”曲线图相对应，如图3所示。
图3 LM1875功耗曲线
关于器件温度的计算，首先计算芯片的总热阻，假设散热片热阻为2℃/W。
LM1875(θjc+散热器热阻)=(3℃/W+2℃/W)=5℃/W
考虑到芯片最大承受温度不超过150℃，假如最大的环境温度为50℃，芯片最高温度可能达到的值可以计算得出。
(总热阻) ×PDMAX+T(最大环境温度)=(5℃/W) ×(18.85W)+50℃=144℃
找出散热片规格简单易行的方法如图4所示。首先，在纵轴上找出相应的PDMAX值，然后在横轴上确定最大环境温度，选取适当的散热器热阻，在这里要注意所有的线都相交在150℃，即IC最高承受温度。
图4 功耗与环境温度曲线
PCB走线
地线设计时要关注地线间的电流。从输出信号地到电源地都属于大电流地，输入信号地线与输出信号地线的线宽已经很大，不过还是存在阻抗。地线间的电流使得地线产生杂波波形。
杂波波形的产生是由于输入信号地与输出信号地直接相连。现在输出信号地与输入信号地形成电势差，电流从输出地流向输入地。这将会使得在放大器的输入信号端增加了一个杂波信号。
修改前和修改后的地线走线如图5所示。现在输入信号地与输出信号地已分开走线，两种地线在比较稳定的地线点相连接（电源滤波电容的接地点）。
图5 修改前（左）和修改后（右）的地线走线
那么，如何评价地线走线是否合理呢?先连接放大器负载和电源，然后将放大器输入端和输出端分别与失真仪相连接，最后将示波器探针连接到功放的输出端。
图6所示的黄色波形为经功放放大后有用信号的输出波形，绿色波形为无输入信号时的输出波形，绿色输出波形代表功放自身产生的波形。图6左边所示的修改前的输出波形表明功放输出噪音比较大，这是由于地线的连接不当引起的。修改后的输出波形如图6右边所示，可以看出，采用了与左边显示的波形是同一款功放IC，但是却改善了功放的接地问题，修改后的输出噪音很小，图6右边的绿色微弱杂波波形主要是功放本身的交接失真引起。
图6 经功放放大后有用信号的输出波形（修改前后）
输出保护
输出保护的保护类型包括热保护、限流保护和SOA（安全运行区域）保护。热保护就是如果IC的温度升到设定温度，IC将会自动关断。限流保护是当电流过大时，将箝位输出电流。SOA（安全运行区域）保护即限制输出功率。
限流保护如图7所示，原理是，当电流经RE电阻流到喇叭负载。随着输出电流的增大，使得V的电压值升高。当V=0.7V时，三极管导通，有电流I流过三极管。输入电流很多部分被导通的三极管所旁路，限制输出三极管的电流增大。
图7 限流保护
“Overture”系列功放具有限流保护电路、过压保护电路和SPiKe保护电路特性。优势包括集成度高、反应迅速和对输出的所有状态进行监测。而且，“Overture”系列功放失效的机率非常小。
音频功放驱动器
音频功放驱动器电路如图8所示。红色方框内为推动器的架构，功能包括前置放大、静音功能、输出晶体管温度补偿电路、软削波、有源钳位（Baker clamp）。
图8 音频功放驱动器电路
优点是：承受较高的工作电压，可达到200V；可
根据需求拓展输出功率，增加三极管的推动个数；0.0005%非常低的失真度。
输出三极管的VBE值会随着温度而变化，必须调整好输出偏压电流，补偿温度的漂移。
问：频率响应可以达到什么水平?
答：高频部分频响实际的体现和器件本身的GBW以及外围的增益有关，简单理解为GBW=-3dB带宽乘以闭环增益，一般设计可以按照这个公式计算得到满意的频响。低频部分需要计算CR的高通滤波器来计算得到。
问：差分/单端的转换有哪些比较好的方法?
答：变压器转换，运放转换都是很好的方式，推荐TI高性能的OPA系列以及我们SVA产品，例如OPA1632，LME49726等。
问：输出端snubber电路起什么作用?如何设计?
答：消除高频振荡，一般R选值1Ω4.7Ω之间，选值在 0.1μf0.22μf之间。
问：和D类功放相比,AB类功放的稳定性能如何?音质性能如何?
答：和D类功放相比，AB类的优点在于低失真，所以音质更好。但是缺点在于AB类的功耗较大，一般在大功率情况下必须很好地考虑散热问题。
问：TI的AB类功放对电源有何要求?是选用开关电源还是线性电源好?
答：干净而稳定的电源是所有器件的要求，所以较好的选择是用线性电源。
问：在音箱设计中如何选择AB类音频放大器?
答：目前绝大多数的多媒体音箱仍然采用AB类功放，可以按照指标（SNR、THD）选择，负载喇叭阻抗和输出功率来选择。音箱的声学结构设计，分频设计和电源设计也都是非常重要的部分。
问：高功率半导体测试是否会大幅度增加产品的成本?
答：测试的成本依据不同的产品情况不同，并不能简单的说高功率就会大幅度增加成本。高功率器件实际本身的晶体管结构，工艺制程都和低功率器件有所不同，成本核算上也是不同的。
问：如何降低大功率音频功率放大器的谐波失真或THD?
答：AB类功放本身的THD较D类功放低，所以在遵循spec的指标设计之后，layout部分需要着重注意，包括线宽、非直角走线、减少主要信号线和功率输出通孔、走线的对称和包地都应该在layout中注意。
问：功放可以驱动多大的功率?
答：目前我们在AB类产品上，涵盖了从10W400W一系列的产品。
问：AB类音频功放电路设计需要考虑哪些因素的影响?
答：需要考虑的因素大致有四个方面，第一，THD+N、SN、POUT等指标；第二，开关切换时对噪声的抵制能力；第三，对电路外围元件及散热方面的要求；第四，输入输出方式。
问：一般高功率半导体器件在极低温度下能正常工作吗?
答：所有的芯片厂商都会在手册中标明使用的环境温度，低温和高温情况下，半导体内部的载流子运动会偏离我们正常计算的公式，因此当需要超低温和超高温工作的情况下，可以查看一些规定和高可靠性的产品。
问：AB类音频功放对电源设计方面有什么要求?
答：可以采用线性电源，输出纹波越小越好。
问：TI目前单芯片最大输出功率能达到多少，具体型号是什么?
答：CLASS D最大可输出600W，型号为TAS5630B，CLASS AB最大可输出70W，型号为LM3886。
问：请问高功率工作状态内部发热量会有相应的增加，会不会影响性能，甚至影响寿命?
答：TI所有的产品在出厂前都经过仔细的检验和测试，同时在设计中，我们针对器件的应用已经考虑到实际的使用情况，按照spec标明的状态使用不会对性能和寿命产生影响。但是更大的功率意味着发热量也会增大，所以散热措施必须跟进。
问：AB类音频功放电路设计是否对散热有哪些特殊的高要求?
答：对于中高功率，通常需要附加散热片进行散热。