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功放類型以及決定其性能的幾項重要參數

454398 ? 來源:工程師吳畏 ? 2019-03-31 09:17 ? 次閱讀
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功放的類型:

1、純甲類功率放大器
又稱為A類功率放大器(Class A),它是一種完全的線性放大形式的放大器。在純甲類功率放大器工作時,晶體管的正負通道不論有或沒有信號都處于常開狀態,這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類功率放大器在汽車音響的應用中比較少見,像意大利的Sinfoni高品質系列才有這類功率放大器。這是因為純甲類功率放大器的效率非常低,通常只有20-30%,音響發燒友們對它的聲音表現津津樂道。

2、乙類功率放大器
也稱為B類功率放大器(Class B),它也被稱為線性放大器,但是它的工作原理與純甲類功率放大器完全不同。B類功放在工作時,晶體管的正負通道通常是處于關閉的狀態除非有信號輸入,也就是說,在正相的信號過來時只有正相通道工作,而負相通道關閉,兩個通道絕不會同時工作,因此在沒有信號的部分,完全沒有功率損失。但是在正負通道開啟關閉的時候,常常會產生跨越失真,特別是在低電平的情況下,所以B類功率放大器不是真正意義上的高保真功率放大器。在實際的應用中,其實早期許多的汽車音響功放都是B類功放,因為它的效率比較高。

3、甲乙類功率放大器
甲乙類功率放大器也稱為AB類功率放大器(Class AB),它是兼容A類與B類功放的優勢的一種設計。當沒有信號或信號非常小時,晶體管的正負通道都常開,這時功率有所損耗,但沒有A類功放嚴重。當信號是正相時,負相通道在信號變強前還是常開的,但信號轉強則負通道關閉。當信號是負相時,正負通道的工作剛好相反。AB類功率放大器的缺陷在于會產生交越失真,但是相對于它的效率比以及保真度而言,都優于A類和B類功放,AB類功放也是目前汽車音響中應用最為廣泛的設計。

4、D類功率放大器
D類放大器與上述A,B或AB類放大器不同,其工作原理基于開關晶體管,可在極短的時間內完全導通或完全截止。兩只晶體管不會在同一時刻導通,因此產生的熱量很少。這種類型的放大器效率極高(90%左右),在理想情況下可達100%,而相比之下AB類放大器僅能達到78.5%。不過另一方面,開關工作模式也增加了輸出信號的失真。D類放大器的電路共分為三級:輸入開關級、功率放大級以及輸出濾波級。D類放大器工作在開關狀態下可以采用脈寬調制(PWM)模式。利用PWM能將音頻輸入信號轉換為高頻開關信號,通過一個比較器將音頻信號與高頻三角波進行比較,當反相端電壓高于同相端電壓時,輸出為低電平;當反相端電壓低于同相端電壓時,輸出為高電平。

在D類放大器中,比較器的輸出與功率放大電路相連,功放電路采用金屬氧化物場效應管(MOSFET)替代雙極型晶體管(BJT),這是由于前者具有更快的響應時間,因而適用于高頻工作模式。D類放大器需要兩只MOSFET,它們在非常短的時間內可完全工作在導通或截止狀態下。當一只MOSFET完全導通時,其管壓降很低;而當MOSFET完全截止時,通過管子的電流為零。兩只MOSFET交替工作在導通和截止狀態的開關速度非常快,因而效率極高,產生的熱量很低,所以D類放大器不需要很大的散熱器。

D類功放還有其它許多的稱法,如T類等,它們都是D類功放的一種變形。在實際應用中,直到1980以后,由于MOSFET的出現,這種開關式功放才得以迅速發展。在實際的發展過程中,雖然有高效率,但同時也有高失真,高噪聲以及較差的阻尼因素。隨著技術的發展,這類缺陷將越來越少,估計未來D類功放在汽車音響領域中會得到更加廣泛的應用。

功放的幾個重要的參數

1、輸入靈敏度,是指功放所需較小輸入信號電平,它是要求將音源信號放大到足夠推動后級功放所需要的必要條件。

2、諧波失真度,這是功放一項極重要的指標,諧波失真是非線性失真的一種,它是放大器在工作時的非線性特征所引起的,失真結果是產生了新的諧波分量,使聲音失去原有的音色,嚴重時聲音發破、刺耳。諧波失真還有奇次和偶次之分,奇次諧波會使人煩噪、反感,容易被人感知。有些功放聽起來讓人感到煩噪,感覺疲勞,就是失真較大所引起的。對功放影響較大的就是失真度,一般高保真要求諧波失真在0.05%以下,越低越好。除了諧波失真外,還有互調失真,交叉失真,削波失真,瞬態失真,相位失真等,它們是影響功放質量的罪魁禍首。考核功效的優劣,首先要看它的失真度,像意大利Sinfoni功放的總的諧波失真就在0.01%以下。

3、輸出功率,功率問題最令汽車音響從業人員認識不清,在這里需要一一講解:
A、額定輸出功率,稱為(RMS),指放大器輸出的音頻信號在總諧波失真范圍內,所能輸出的較大功率。它一般是交流信號峰值的0.707倍。
B、平均功率,平均功率一般是指各個頻率點的平均消耗功率,它與額定輸出功率有點類似,但是它一般要參考時間。
C、峰值輸出功率,功放所能輸出的較大音樂功率稱為峰值輸出功率,它不考慮失真,通常為(RMS)功率的1.414倍左右。
D、峰值-峰值功率,它是指正電壓峰值到負電壓的峰值的功率,它是峰值輸出功率的四倍。它的出現是廠家出于商業目的,并無實際意義。

4、信噪比,數值越大越好,一般用(S/N)表示,用信號功率Ps與噪聲功率Pn的比值的分貝數表示,S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vn(db),式中Vs、Vn分別為信號電壓與噪聲電壓。
信噪比與輸入信號電平的增加,信噪比也逐漸加大,但當輸入信號電平達到某一數值后,信噪比基本保持不變。按目前高保真要求,信噪比應達90dB以上為好,進口高品質的功放機往往可達110-120dB,其性能可想而知了。有的信噪比后面有A計權字樣,A計權是指將噪聲信號通過加權網絡后測得的結果,由于人們對于高、低頻段的噪聲相對來說不太靈敏,所以出現了這樣的計權方式。計權噪聲更加直觀地代表人們實際感受到的噪聲信號狀況。總之,信噪比越大,表明混在信號里的噪聲越小,放音質量越好,便重放音樂清晰,干凈而有層次。

5、頻率響應,早期俗稱功率帶寬,指諧波失真不超過規定值時,功放的1/2額定功率頻帶寬度,即有高低端下跌-3dB的兩個頻率點之間所包括的頻帶,稱之為功率帶寬。

6、阻尼系數,主要是對低頻而言,是直接影響低音音質的極重要的技術參數。眾所周知,喇叭的口徑越大,低音相對就越好,但音盆越大其運動慣性也隨之加大,此慣性使它很難與音頻信號同步運動,往往表現出的聲音混濁不清,尤其在100-400Hz低頻,容易造成聲染色,使人聽起來模糊不清,很不自然。有些改裝車的低音喇叭,低頻信號強時顫振不止,低音拖尾嚴重,這就是音盆慣性所引起的。

在功放設計時,工程師對功放采取一些技術措施,如選擇多管并聯,低內阻(毫歐級)大功率管,提高工作電壓,選擇出色線材等,極力提高阻尼系數,使它能夠針對喇叭慣性運動,產生“電阻尼”作用,使音盆的運動與音頻信號同步運動,盡可能使音盆在驅動信號結束后很快恢復到零位(即中心位置),這種阻止效果就是阻尼系數(Damp Factor),D=Rs/Ri,Rs=喇叭阻抗,Ri=功放輸出內阻,D越大,音盆與信號同步效果就越好,低音就越純越干凈,重放效果就越好。

7、轉換速率(Slew rate),功放的轉換速率極大地影響著高音重放質量與性能。轉換速率越快,高音音質就越佳,越能準確地捕捉到稍縱即逝的高頻信息。高品質功放可做到十幾至幾十V/us,低中檔功放都一般不標出,這種轉換速率的數值高低,與設計,用料有密切關系,但也不宜太高,太高會產生人耳聽不見的20KHz以上超音信號,不但對改善音質無作用,反而容易燒壞高音喇叭。
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