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功率放大器介绍

分类:技术服务 来源: 发布时间:2017-10-24 浏览:1650

功率放大器的概念:简称“功放”,指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。例如扬声器,功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

功率放大器的特点:

功率放大器以其主要用途来说,可以分做两个主要类别,即专用功放与民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等处所使用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求,这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。

而用于家庭的Hi-Fi音乐欣赏,AV系统放音,以及卡拉OK娱乐的功放,通常称为民用功放或是家用功放。

专用功放与民用功放尽管在一些特性参数上有所差别,但也很难说有一条泾渭分明的界线,比如用于音乐录音监听的功放很可能就是一台可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。

1)电子管功放输出级的特点:

电子管功放的功率输出级有三种电路类型,一类是有输出变压器的推挽输出电路。这类输出电路类型在电子管功放中占了绝大多数。在推挽电路中的输出变压器中直流成分很少,二次谐波失真也很小,这类电路的输出功率可以做得比较大,所以适用范围也比较大。一般说对胆机音色有兴趣的音响爱好者来说,这类输出级的胆机很合适。不过这类功放的,输出变压器的设计与工艺至关重要,如果输出变压器的设计与工艺上有不足之处,往往这类功放的频率响应,瞬态响应就不太理想。另外由于输出变压器的制约,所以配接音箱的适应范围较小。

功率放大器另一类功率输出级的电路类型是单端甲类电路。这类电路也有变压器,但这类电路的输出变压器中有很大的直流成分,对输出变压器的要求比推挽输出电路中输出变压的要求要高。另外对供电电源的要求也比较高。这类输出电路的特点是二次谐波成分比较多,尽管这是一种谐波失真,但对音乐信号来说,二次谐波是高度的谐合音,所以听起来很入耳。这一特点使得这种输出电路的功放在声音的音色上很有特点,尤其是当功放级采用三极管时,人声听起来很甜美,室内乐中的弦乐听起来也很细腻,或者说,这类功放的声音很有味道。但是这类功放的输出功率不容易做得大,所以如果配用的音箱灵敏度较低,在放送大型管弦乐曲时就比较勉强了。这类电子管功放都很受一些音响玩家的欢迎,往往在备有一台大功率晶体管功放之外,又备有一台此类功放,想来是在音色上互有所补,不过,这也说明此类功放的音色特点的动人之处。

还有一类电子管功放的输出级电路是OTL电路,所谓OTL电路就是无输出变压器电路。现代的晶体管功放输出级几乎全是OTL电路或是OTL电路的改进型。电子管和晶体管的特性参数与工作状态不同,晶体管功放很容易适合配阻抗为4-8的音箱,而电子管功放要想不需要输出变压器去适配4-8的音箱就要费些周折了。电子管OTL功放由于去掉了输出变压器,所以在技术参数上比前面提到的那两类电路有很大的提高,这类输出电路的功放声音极有特色,和前面两类输出电路相比,它有宏伟的气势和宽阔的声场,和晶体管功放相比它的音色又温暖、细腻。这类功放由于没有输出变压器,所以能够适应较宽范围的音箱阻抗。但是这类输出级的功放电源效率低,设计、工艺、调试都比较复杂,这类输出电路的功放仅见于一些高档机种中,很难见到低价位的普及型机种。

2)电流特点:

对功放电路的了解或评价,主要从输出功率、效率和失真这三方面考虑。

1、为得到需要的输出功率,电路须选集电极功耗足够大的三极管,功放管的工作电流和集电极电压也较高。电路设计使用中首先要考虑怎样充分地发挥三极管功能而又不损坏三极管。由于电路中功放管工作状态常接近极限值,所以功放电流调整和使用时要小心,不宜超限使用。

2、从能耗方面考虑,功放输出的功率最终是由电源提供的,例如收音机中功放耗电要占整机的2/3,因此要十分注意提高电路效率,即输出功率与耗电功率的比值。

3、功放电路的输入信号已经几级放大,有足够强度,这会使功放管工作点大幅度移动,所以要求功放电路有较大的动态范围。功放管的工作点选择不当,输出会有严重失真。

功能放大器的主要参数:

1、额定功率(rate power):是指连续的正弦波功率,在1kHz正弦波输入及一定的负载下,谐波失真小于1%所输出的功率,表示成W/CH(瓦/声道)。一般来说,额定功率越大,造价越高。

2、总谐波失真(THD):是指高次谐波占基波的百分比,总谐波失真越小越好,好的功率放大器的总谐波失真能达到0.02%

3、转换率(slew rate):单位时间上升的电压幅度,单位为伏/微秒,它反映了功率放大器对瞬态声音信号的跟踪能力,是一种瞬态特性指标。

4、阻尼因子(damping factor):其定义为功率放大器的负载阻抗(大功率管内部电阻加上音箱的接线线阻),例如8Ω:0.04Ω=2001,一般要求比值比较大,但不能太大,太大会觉得扬声器发声单薄,太小则会使声音混浊,声音层次差,声像分布不佳。

5、输出阻抗(output impedance)(或称额定负载阻抗):通常有8Ω、4Ω、2Ω等值,此值越小,说明功率放大器负载能力越强。就单路而言,额定负载为2Ω的功率放大器,可以带动4只阻抗为8Ω的音箱发声,并且失真很小。

性能指标

无论AV放大器和Hi-Fi功放对功率放大器要求十分严格,在输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗和阻尼系数等方面都有明确要求。

1、额定功率(RMS):它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率(严格说是正弦波信号)。经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。很显然规定的失真度前提不同时,额定功率数值不相同。

2、最大输出功率:当不考虑失真大小时,功放电路的输出功率可远高于额定功率,还可输出更大数值的功率,它能输出的最大功率称为最大输出功率,前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率。

3、音乐输出功率(MPO):音乐输出功率MPO是英文Music Power Output的缩写,它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率,也就是输出失真度不超过规定值的条件下,功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。 音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果,例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音,有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲;有的功放却显得力不从心底气不足。为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。

4、峰值音乐输出功率(PMPO):它是最大音乐输出功率,是功放电路的另一个动态指标,若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。

通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率,音乐输出功率大于最大输出功率,最大输出功率大于额定输出功率,经实践统计,峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。 频率响应:

频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力,功率放大器的频响范围应不低于人耳的听觉频率范围,因而在理想情况下,主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16kHz±1.5dB

失真:

失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多,主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。

动态范围:

放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。实际运用时,该比值使用dB来表示两信号的电平差,高保真放大器的动态范围应大于90dB

自然界的各种噪声形成周围的背景噪声,而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大,在通常情况下,这个强度差称为动态范围,优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真,而在输入弱信号时,有不应被自身产生的噪声所淹没,为此好的音响系统应当具有较大的动态范围,噪声只能尽量减少,但不可能不产生噪声。

信噪比:

信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系,功放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。

输出阻抗和阻尼系数:

1、输出阻抗:功放输出端与负载(扬声器)所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗;

2、阻尼系数:阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。