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音频功放IC的类别
发布时间:2010/3/23 13:37:00 来源:
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由于过去只有电子管这样的器件,乙(B)类电子管功放产生的失真在公共广播系统中都难于被人们接受,因而长时间以来,高保真功放工作类别仅限于甲(A)类和甲乙(AB)类两种类型。随着半导体器件的出现和电子技术的飞速发展,人们为适应各种不同的要求,设计出形形色色的音频功放电路。在这里仅就笔者所知的各种类别的音频功放简述如下:

1、 超甲(Super A)类音频功放

一般地,超甲类音频功放的功率输出管的静态电流不大,通常控制在100~200mA之内,但它的工作电流可随着输入信号变化,故又称为滑动甲类或动态甲类功放。采用这类电路的音频功放,其功率输出管的偏置电路中常带有检测输入(或输出)信号幅度的电路,并依据该信号的大小,自动调节输出功率管的偏置电流,使其在一定范围内保持输出功率管始终处于良好的线性工作区而不进入截止区,确保音频功放不会出现交越失真和开关失真。

可见,超甲类音频功放电路是一种较实用的放大电路。

2、 甲类音频功放

甲类音频功放的静态工作点一般选在负载线的中点,所有输出器件在输入信号的整个周期内均有电流流过,使其处于良好的线性工作状态。这种放大电路,由于不会产生开关失真和交越失真,只要偏置和动态范围控制得当,仅从失真的角度来看,它是一种优质的线性放大电路,其声音表现是相当不错的。但甲类放大电路的效率较低,尤其是担当甲类功率放大的输出管的发热量很大,为确保安全性和可靠性,对它的稳定性和电路的设计等提出了较高要求。因而,甲类音频功放一般都用在较高档次的音响系统中。

从结构上看,甲类音频功放有两种不同的工作方式。其中一类是将两个射极跟随器相联工作,其偏置电流不得低于在标称负载下流过的电流值,使其所有器件均工作在线性区。它的优点是热功耗较小,但若负载阻抗低于标称阻抗,功放会出现瞬间截止现象。另一类则是控制电流源型(VCIS),它本质上是一个单独的射极跟随器,并带有一个有源负载(电流源)或无源负载,以达到适量的电流泄放。不过,这类放大电路用作输出级时,在设计之前应把所要驱动的阻抗大小弄清楚。

3、 甲乙类音频功放

甲乙类音频功放,可以认为是甲类音频功放和乙类音频功放的结合,其静态工作电流介于甲类与乙类之间,具体取值取决于偏置电流的大小和输出电平。它的偏置电路与乙类没有太大的变化,甚至有的功放是完全相同的,但它的偏置电流要比乙类稍,以便功放进入甲乙类工作状态。甲乙类功放在输出电平低于设定电平(即设计时确定的值)时,输出功率管均工作于微导通状态,其交越失真远小于乙类;当输出电平超过设定值时,与相同状态的乙类是一样的,其则输出功率管的一臂完全截止,另一臂则须提供全部的工作电流,虽然它此时的线性已不及甲类,但它可较好地驱动低阻抗负载,是甲类的补充。

4、高偏甲乙类音频功放

一般地,高偏甲乙类音频功放的静态电流设计得较高,在小信号状态时工作于甲类状态。当输出功率圈套时,工作于乙类状态。这种高偏甲乙类音频功放在小信号激励时,具有与甲类功放相似的音色,声音醇厚甜美;在较大音量状态下,功放进入乙类状态,显然在这种状态下会出现交越失真,但由于大信号的掩盖,聆听者几乎不能分辨出音质的细微变化。

5、乙类音频功放

一般地,乙类音频功放的静态工作电流选在晶体管基极电流接近零处,当有激励信号输入时,其输出功率管仅有一臂导通而另一臂截止,如此往返地工作,输出与输入信号相近的信号波形。可见,乙类音频功放在无信号输入时的发热量是很小的,此时散热器是不会发热或仅有一点温升。与甲类音频功放相比,效率就高多了。可以说,乙类音频功放是目前较为流行的一种音频功放,特别是简洁的三级式晶体管音频功放。一直以来,各国的音频功放设计师们都尝试着把乙类效率高的优点与甲类线性好的特点结合起来,汲取很多经验和技巧作了一些改进,设计出了很多改进型的乙类音频功放,诸如误差修正音频功放、电流驱动音频功放、布罗姆雷(Blomley)音频功放及几何平均甲乙类音频功放等。

目前国内部分家用音频功放生产厂家为了减少小信号的失真度,通常给输出功率管加入了一定的偏置电流,使其刚好进入线性区,其静态电流少则数十mA,多则数百mA,所以,就某些家用乙类音频功放而言,其静态电流与甲乙类音频功放已没有明显差别,从理论上讲,它们已渗透到甲乙类领域。

6、丁(D)类音频功放

 

丁类音频功放,实际上是一种开关型音频功放,它的输出功率管工作于开关状态:有激励信号输入时,功率管饱和导通,其内阻接近于零;没有输入信号时,输出功率管的工作电流几乎为零,其内阻很大,接近于无穷大。这样,就可以使功率输出管的功耗大为减小,效率大幅度提高,在理想的情况下,可达100%

1为丁类音频功放的基本组成框图。它的前级有别于传统音频功放,其工作频率超过音频,可控制信号的占空比,用平均值代表音频信号的瞬变电平,形成脉冲宽度调制(PWM)信号,这种电路称为脉冲宽度调制电路。这种电路的电路形式很多,在丁类音频功放中常采用一个电压比较器电路来完成脉冲宽调制,即比较器的正相端输入三角波作为基准信号,反相端输入音频信号,经比较器处理后,即可在比较器的输出端输出一系列与输入信号相对应的、不同宽度的脉冲信号(PWM)。该脉冲调制信号经缓冲放大后,再由输出功率管(Q1Q2)进行脉冲功率放大,输出的大功率脉冲调制信号经一个截止频率很陡峭的LC低通滤波器,消除绝大部分的非音频信号,得到与输入音频信号极相似的信号去驱动扬声器发声。不过,为了将失真度控制在人耳不易觉察的程度,目前丁类音频功放的采样频率一般取得较高(约200kHz),这样势必会有一定量的电磁辐射,会干扰其他电子器材。若充分考虑保真度,其LC滤波器中至少需用4个电感,这样成本会增加,而且它仅对某些特定负载阻抗保持平坦的频率响应。从而导致主观听感达不到Hi-Fi水平。

7、庚(G)类音频功放

这类音频功放电路与甲乙类、乙类音频功放十分类似。只不过,它采用了动态电源,输出功率低时用低电压供电,输出功率高时就自动切换到较高的电压源上,因而输出功率管的工作管压降较低,这样既可满足实际要求,又可节省能源,提高效率。但这种改进很难超越多路输出功率管的成本,不能解决开关二极管转换时带来的附加失真,致使其不能用于某些高功率的专业器材。此外,庚类音频功放所产生的失真,要比乙类音频功放大。

8、辛(H)类音频功放

这类音频功放与庚类音频功放极为相似,只不过它是利用自举电路,动态地提升单供电电压而不用转换到另一个电压源上,达到提高效率、减小失真的目的。

9S类音频功放

S类音频功放是由奥布里.桑德曼(Aubrey Sandman)博士设计并命名的一种音频功放。它采用一个带负载能力非常有限的甲类放大电路做电压放大器,后接一个乙类放大器做电流放大,使其负载阻抗较高,大大地减小了交越失真和其他失真,且无需对输出功率管进行偏置。可见,S类音频功放既有乙类音频功放的低功耗、高效率,又有甲类音频功放低失真的特点。

2a)为S类音频功放的原理图,它是利用惠斯通电桥固有的特性,使电压放大器工作于等效无负载的理想甲类状态,而且此等效无负载特性与实际负载的种类和大小无关。另有一种称为AA类的音频功放与S类音频功放极为相似,原理图见图2b)所示,它是日本松下的音响子公司Technics的专利技术,其实它与S类音频功放仅有一处不同,即AA类音频功放的Rf是从输出端反馈到前级构成大环路负反馈,而S类音频功放的Rf仅是电压放大器的局部反馈。经主观测试发现,S类音频功放是更合理流动。因为扬声器、分频器及喇叭线等构成复杂的复合变化负载,就是一些名牌发烧扬声器在标称频带内阻抗变化也达1倍以上,这正好发挥S类音频功放的优势,使其重放频率特性非常优秀,但它的输出功率有待提高。

10T类音频功放

从某种意义上讲,T类音频功放是丁类音频功放的延伸,它的输出功率管也只工作在饱和导通和截止两种状态,故输出功率的功耗很小,效率极高,可达90%以上(理想场合可达100%)。随着T类音频功放的不断发展和完善,目前它已能很好地克服小信号交越失真,且整个音频范围内的失真度已非常小了。与甲乙类音频功放相比,T类音频功放的电路结构较简洁,且不需采用笨重的巨型散热器,整机更轻便小巧,符合现代音响的发展方向。但这并不是说T类音频功放比传统音频功放简单,因它不同于一般模拟音频功放,而是一种全新概念的音频功放,基本条例绿色革命的潮流和顺应电子技术的飞速发展,人们把它称为数码音频功放。它的整机电路是极其复杂的,只不过其复杂的信号处理电路已做成超大规模集成电路,故实际的电路很简洁。

 
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