一款改進型AB類音頻功率放大器的設計

由圖3可知，音頻輸入信號經過輸入級產生差分信號Iin+，Iin-，輸出信號又分別進入下一級差分放大器A直接控制輸出功率管的柵極電壓，從而實現Rail-to-Rail AB類輸出。靜態時，bIB1=IM4，aIB2=IM2，令a=K2／K1，b=K4／K3，當IB1=IB2時可以得出輸出級的靜態電流Iout=aIB1=bIB2。
當運放正常工作時，輸出級電流為
IM2=a(A△I+IB1)
IM4=b(-A△I+IB2) （13）
其中，A為差分放大器A的增益，△I=Iin+-Iin-，該差分放大器的具體電路如圖4所示。

在圖4中，一組差分放大器由M15，M16，M17，M18，M19，M20，M21，M22，M23，M24，M25組成，輸出級為Voutn，用來直接驅動PowerNM OS管的柵極。當差分輸入端INP比INN電壓低時，Voutn端電流會變大，而由于M16，M17為電流鏡結構，所以多余的電流通過M18到地，而M18，M15又為電流鏡結構，故M18，M15漏電流基本相等，增加的電流通過M22鏡像給M23使運放的電流變大，實現正反饋。同樣當INN端電壓低于INP端電壓時，流過M18的電流減小，從而減小運放所消耗的電流。M18的二極管連接可以確保Voutn端有一個最低電壓，進而保證PowerNMOS管始終不會關斷。
另一組差分放大器由M26，M27，M28，M29，M30，M31，M32，M33，M34，M36，M37組成，輸出級為Voutp，用來直接驅動PowerPMOS管的柵極。具體電路實現方式與前一個運放相同，M28的二極管連接確保Voutp端有一個最高電壓，從而使PowerPMOS管始終不會關斷。
通過兩個運放分別控制兩個功率管，避免因PMOS管與NMOS管的不匹配而引起的誤差，同時可以通過調節兩個運放的增益進而控制兩個功率管的柵壓，使功率管在要求的功率指標內有最小的寬長比，進而節約芯片的面積。兩個二極管連接的MOS管M18，M28分別保證兩個功率管在任何狀態下輸出電流都不為零，改善了輸出的失真特性。