AB类功率放大器驱动电路的研究与设计

       1 AB类功放驱动电路设计目标

　　在实用电路中，往往要求放大电路的末级(即输出级)输出一定的功率，以驱动负载。能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路，简称功放。

       经典功率放大器有4种类型：A类，AB类，B类和C类，他们的主要差别在于偏置的情况不同。理想的4类经典放大器的最大效率的理论值与导通角的函数关系如图1所示。

        A类功率放大器的线性度好，功率传递能力差，效率最大值为50％，导通角为360°；B类功率放大器通过减少一个周期中晶体管工作的时间来提高效率(最好可达78.5％)，保持了实现线性调制的可能性，工作周期为半周期；C类功率放大器提供了接近100％的效率，但同时归一化的功率传递能力和功率增益都趋于零，线性度差；AB类放大器的效率和线性度在A类和B类放大器之间，其最大的特点是导通角的范围为180°～360°，相应的设计目标就是实现他在一个周期的50％和100％之间的某段时间内导通的工作方式，对于单MOS管来说，就是使他的漏极有电流通过的时间多于半个周期。

       2 功放驱动电路的具体设计和仿真

        2.1 镜像电流偏置方式

　　在采用双电源供电的差分放大电路中，两管的静态工作点电流直接由恒流源电路提供。对恒流源偏置电路的要求，除了提供稳定的静态工作点电流外，还应具有高的输出交流电阻。镜像恒流源电路是目前应用最广的一种高稳定恒流源电路，他特别适合于用在集成电路中。图2就是采用镜像电流偏置方式实现的驱动电路结构图。

　　这个电路是由2个性能上严格匹配的NMOS管和1个电阻、1个电感组成，IM1和IM2分别为电路中两个NMOS管M1和M2的漏极电流。M1管与M2管的衬底与源短接，不存在体效应。由于两个NMOS管宽长比完全一样，因此，改变VDD或R，IM1和IM2相应的也就随之改变。鉴于IM2犹如IM1的镜像，故将这种恒流源电路称为镜像恒流源电路。图中的C和L作用跟前面分压偏置方式中论述的一样。

       当两管完全对称时，温度的变化就不会引起IM1和IM2的变化，因此镜像恒流源电路是一种高热稳定的偏置电路。这一偏置方法还消除了与固定电压栅偏置有关的热漂移问题。

　　对于AB类功放，给定VDD为3 V，Vin为直流偏置2 V，振幅1 V，频率1 GHz的正弦波，选定R为800 Ω，C为0.5 pF，L为0.065 nH，M1和M2均为宽0.6μm，长0.18 μm的NMOS。从图3晶体管M2的漏极电流HSpice仿真波形图中可以看出Vg≥0.297 V的时长为0.69 ns，大于0.5 ns的半个周期时长，因此实现了AB类功放的驱动电路的要求，工作时间大于半个周期。