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音频功率放大器的原理及其分类
发布时间:2010/9/25 23:55:00 来源:
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   音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明,具有很高的保真度。但是,A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多,但实际效率仅为50%左右,在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合,仍感效率偏低不能令人满意。所以,效率极高的D类功放,因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。

功放

功放

    由于集成电路技术的发展,原来用分立元件制作的很复杂的调制电路,现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展,人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处,进一步显示出D类功放的发展优势。

    D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态,不耗电。工作时,靠输入信号让晶体管进入饱和状态,晶体管相当于一个接通的开关,把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电,实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关,而与信号输出的大小无关,所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下,D类功放的效率为100%,B类功放的效率为78.5%,A类功放的效率才50%或25%(按负载方式而定)。

    D类功放实际上只具有开关功能,早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而,开关功能(也就是产生数字信号的功能)随着数字音频技术研究的不断深入,用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。20世纪60年代,设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术,70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率,另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放,两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。

    功放的工作原理其实很简单,就是将音源播放的各种声音信号进行放大,以推动音箱发出声音。从技术角度看,功放好比一台电流的调制器,它将交流电转变对直流电,然后受音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流,按照不同的频率传输给音箱,这样音箱就发同相应大小、相应频率的声音了。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前音响消费的需求,民用音响中的功放已基本定型为两大类,即纯音乐功放和家庭影院av功放。

    1、纯音乐功放

    纯音乐功放在设计上强调最低的信号失真,忠实地表现出音乐的场面、细节和演奏、录制的技巧以满足人们对音乐的最佳欣赏要求,这就是人们常说的hi-fi(hi-fidelity,高保真)。在设计和生产上,纯音乐功放的要求极为严格。纯音乐功放品质的高低并不完全由它的技术指标所决定,不能简单地看它标注的功率多少高,频响多么宽,失真多么低,而应该特别注重其设计生产工艺和音乐的解晰力。比如技术指标并不太高的胆机就要比很多晶体管功放声音好听。

    2、av功放

    一般来说包括功放部分和信号处理部分。其功放部分原理上与传统功放没有什么区别,只不过增加了几个声道,也就是将几个功放结合在了一起;其信号控制处理部分涉及信号的音频、视频选择、信号解码处理、信号声场处理以及收音、监听等功能.

    一般一台高品质的av功放首先应该在影视节目的信号处理上有较好的声场还原,声道隔离度要高,气氛渲染也不能太夸张;其次在功放部分的音质表现上,尤其是主声道的音质要求尽量接近较好的纯音乐功放。

功放的分类

    功放一般分为前级功放、后级功放与合并级功放合并机就是把前级、后级集于一身的机器。前级是用来把信号作初步放大、调节音量的;而后级则是把前级来的信号作大量放大来推动扬声器。

    前级也分为有源及无源两种。有源的前级是使用电源把信号放大,而无源的前级就只有调节音量的功效。老实讲,现今成功的无源前级不多,因为音源与后级的内阻有很大分别,只靠一个音量开关把音源与后级连接起来,内阻的差别会使动态、细节、频应尽失!有源的前级除了调节音量外,还可作初部广大及降低音源及后级间内阻之别,即用作缓冲。

    后级是把从前级来的信号放大给杨声器用的,后级必须够力去推动扬声器。所谓够力,不是指越大声越够力。必须有能力去支持整个乐团的大场面而不失其细节。

    分开前、后级比合并机好,因为各自有更大的空间去造得更精密。而两者间也更少干扰,细节表现较多;而且,分开前后级会发烧友有更多推动机的选择,更多东西可玩儿。

    常用功率放大电路的原理 

 常用功率放大电路的原理

常用功率放大电路的原理

    单只三极管输出的功放电路输出小、效率低,日用电器中已很少见。目前常采用的是推挽电路形式。耦合变压器的推挽电路原理。它的特点是三极管静态工作电流接近于零,放大器耗电及少。有信输入时,电路工作电流虽大,但大部分功率都输出到负载上,本身损耗却不大,所以电源利用率较高。这个电路中每只三极管只在信号的半个周期内导通工作,为避免失真,所以采用两只三极管协调工作的方式。输入变压器B1的次级有一个接地的中心抽头。

    在音频信号输入时,B1次级两个大小相等、极性相反的信号分别送到BG1和BG2的发射结。在输入信号的正半周时间里,BG1管因加的是反向偏压而截止,只有BG2能将信号放大,从集电极输出;而在信号负半周,BG1得到正高偏压,能将这半个周期的信号放大输出,而BG2却截止。电路中的两只三极管虽然各自放大了信号的半个同期,但它们的输出电流是分先后通过输出变压器B2的,所以在B2的次级得到的感应电流又能全成一个完整的输出信号。

    这个功放电路中,为了解决阻抗匝配和信号相位等问题,输入与输出变压器是不可少的。但是,优质变压器的制作在材料和工艺上都比较困难,它本身总还要消耗一部分能量,降低电路的效率,而且变压器的频率特性不好,使电路对不同频率信号输出很不均匀,会造成失真,所以为了提高功放质量,人们更多地使用无变压器(OTL)功率放大电路。互补对称推挽功放电路原理图。这里用了两只放大性能相同,而导电极性相反的三极管(称为互补管)。

    放大器输入交流信号的正半周时,对BG1管来说,基极电压为正极性,发射极为负极性,发射结有正向偏压,三极管能够工作。但BG2却因发射结加了反向偏压而截止。因此,信号的正半周由BG1管放大。在信号负半周时,情形正相反,BG2管能够工作,将信号的负半周放大。放大后的信号由两只三极管轮流送出,在扬声器上重新合成完整的信号。

 
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