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音頻放大器9大分類及特點(diǎn)

發(fā)布日期：2019-9-12 點(diǎn)擊次數(shù)：

音頻放大器將小信號(hào)的幅值提高至有用電平，同時(shí)保留小信號(hào)的細(xì)節(jié)，這稱為線性度。放大器的線性度越好，輸出信號(hào)越能真實(shí)地表示輸入信號(hào)。

音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號(hào)，信號(hào)音量和功率級(jí)都要理想——如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz～20kHz，因此放大器在此范圍內(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器時(shí)要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據(jù)應(yīng)用的不同，功率大小差異很大，從耳機(jī)的毫瓦級(jí)到TV或PC音頻的數(shù)瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統(tǒng)的數(shù)百瓦以上，大到能滿足整個(gè)電影院或禮堂的聲音要求。

音頻放大器的一種簡(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)方案是采用線性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個(gè)環(huán)增益也很高。因?yàn)楦攮h(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線性引起的失真，而且通過提高電源抑制能力(PSR)來降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋。

前置放大器

AVH T-100 前置放大器

【音頻放大器分類】

長(zhǎng)期以來，高品質(zhì)音頻放大器的工作類別，只限于A類(甲類)和AB類 (甲乙類)。其原因在于過去只有電子管這樣的器件，B類(乙類)電子管放大器產(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時(shí)都難于被人們所接受。所有的自稱為高保真放大器均工作于推挽式的A類(甲類)。

隨著半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和發(fā)展，放大器的設(shè)計(jì)得到了更多的自由。就放大器的類別而言，已不限于A 類(甲類)和AB類(甲乙類)，而出現(xiàn)了更多類別的放大器。為了使讀者對(duì)此有所了解，這里僅就筆者所知的各種類別的放大器簡(jiǎn)介如下。不過需要指出，就目前來說用于音頻功率放大器的工作類別，A類(甲類)、AB類(甲乙類)和B類(乙類)這三類放大器仍覆蓋著半導(dǎo)體放大器的絕大多數(shù)。

A類（甲類）放大器——良好的線性放大器

A類(甲類)放大器，是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。這種放大器，由于避免了器件開關(guān)所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動(dòng)態(tài)范圍控制得當(dāng)，僅從失真的角度來看，可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器，但效率較低。

A類放大器在結(jié)構(gòu)上，還有兩類不同的工作方式。

（一）是將兩個(gè)射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負(fù)載下有足夠的電流流過，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)突然地耗盡輸出電流，如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定值，放大器會(huì)短期出現(xiàn)截止現(xiàn)象，在失真上可能略有增加，但不致出現(xiàn)直感上的嚴(yán)重缺陷。

（二）可稱作為控制電流源型(VCIS)，它本質(zhì)上是一個(gè)單獨(dú)的射極跟隨器，并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負(fù)載，以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級(jí)時(shí)，需要在開始設(shè)計(jì)之前就把所要驅(qū)動(dòng)的阻抗是多低搞清楚。

應(yīng)用：這類放大器用于要求高線性度并且可用功率能滿足要求的應(yīng)用。

B類（乙類）放大器——最流行的放大器

B類(乙類)放大器，是指器件導(dǎo)通時(shí)間為50％的一種工作類別。這類放大器可以說是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99％是屬于這一類。

B類放大器采用推挽式放大器結(jié)構(gòu)。B類放大器的輸出采用正向和反向晶體管。為復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào)，每個(gè)晶體管僅在信號(hào)波形的半周期(180°)期間導(dǎo)通。這允許放大器在空閑時(shí)為零電流，因此比A類放大器的效率高。

B類放大器是一種折衷：效率提高，音頻質(zhì)量下降。這是因?yàn)榇嬖谝粋€(gè)交越點(diǎn)，兩個(gè)晶體管都從導(dǎo)通狀態(tài)跳變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。眾所周知，B類音頻放大器在處理低電平信號(hào)時(shí)存在交越失真，不適合低功率應(yīng)用。

AB類（甲乙類）放大器

AB類(甲乙類)放大器，實(shí)際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50—100％之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按B類(乙類)設(shè)計(jì)，然后增加偏置電流，使放大器進(jìn)入AB類(甲乙類)。

AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時(shí)，兩個(gè)輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于A類(甲類)；當(dāng)電平增高時(shí)，兩個(gè)器件將完全截止，而另一個(gè)器件將供給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態(tài)開始時(shí)，失真將會(huì)突然上升，其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。

這種性能是采用以下方法實(shí)現(xiàn)的：將兩個(gè)晶體管偏置到導(dǎo)通接近于零的信號(hào)輸出，即B類放大器開始呈現(xiàn)非線性的點(diǎn)(圖3)。對(duì)于小信號(hào)，兩個(gè)晶體管均導(dǎo)通，作用相當(dāng)于A類放大器；對(duì)于大信號(hào)偏移，每半個(gè)波形周期內(nèi)只有一個(gè)晶體管導(dǎo)通，因此像B類放大器一樣工作。

AB類揚(yáng)聲器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N，典型效率高達(dá)65%，使其成為高保真揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的理想選擇。

C類(丙類)放大器

C類(丙類)放大器，是指器件導(dǎo)通時(shí)間小于50％的工作類別。這類放大器，一般用于射頻放大，很難找到用于音頻放大的實(shí)例。

D類(丁類)放大器

這類放大器，其特點(diǎn)是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通，其頻率超過音頻，可控制信號(hào)的占空比以使它的平均值能代表音頻信號(hào)的瞬時(shí)電平，這種情況被稱為脈寬調(diào)制(PWM)，其效率在理論上來說是很高的(往往高達(dá)90%或更高)。

但是，實(shí)際困難還是非常大的，因?yàn)?00kHz的高功率方波是不是好的出發(fā)點(diǎn)尚不清楚；從失真的角度來看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個(gè)陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚(yáng)聲器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個(gè)電感(考慮立體聲)，成本自然不會(huì)低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對(duì)某一特定負(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)。

應(yīng)用：
現(xiàn)代的D類放大器的保真度也可媲美AB類放大器。由于D類開關(guān)放大器具有較高效率，所以被廣泛用于便攜式應(yīng)用。

E類(戊類)放大器

這類放大器，是一個(gè)極端聰明的半導(dǎo)體技術(shù)應(yīng)用，它在幾乎所有工作時(shí)間內(nèi)，通過的電壓或電流是較小的，亦即功率耗散很低。遺憾的是，它僅用于射頻技術(shù)，而不用于音頻。

F類(己類)放大器放大器

這類放大器，就筆者目前所知并不存在，似乎是需要補(bǔ)充的空缺。

G類(庚類)放大器

這類放大器，似乎與B類(乙類)或AB(甲乙類)的放大器有些類似。對(duì)于小的輸出信號(hào)，它的供電電流來自低電壓源；而對(duì)于‘大信號(hào)’，供電將轉(zhuǎn)換到較高的電壓源。這樣，一定比B類(乙類)的效率更高。但是，這種改進(jìn)似乎不能超越多路輸出器件的成本以及使開關(guān)二極管在高頻時(shí)轉(zhuǎn)換干凈利落的技術(shù)難點(diǎn)，以致使其使用不適合某些高功率的專業(yè)設(shè)備。此外，G類(庚類)放大器所產(chǎn)生的失真，大概要比相應(yīng)的B類(乙類)更大，但也有資料顯示，對(duì)轉(zhuǎn)換細(xì)節(jié)進(jìn)行精心設(shè)計(jì)，將會(huì)使其差別較小。

H類（辛類)放大器

這類放大器，也似乎與B類(乙類)相似，其特點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)地提升單供電電壓(不用轉(zhuǎn)換到另一個(gè)電壓源)，以提高效率，所采用的電路結(jié)構(gòu)是自舉電路。

H類放大器調(diào)制其電源電壓，最大程度減小輸出級(jí)的壓降。實(shí)現(xiàn)方法包括從使用多個(gè)分立式電壓到無限可調(diào)電源等。盡管與G類放大器降低輸出器件功耗的技術(shù)相類似，但H類放大器結(jié)構(gòu)不要求多個(gè)電源。

H類放大器一般比其它音頻放大器設(shè)計(jì)更復(fù)雜。這些放大器要求精確的控制電路，以預(yù)測(cè)和控制電源電壓。