音频放大器及其应用场合

nekan

音频放大器及其应用场合
音频功率放大器简称音频功放，是扩声系统不可缺少的音响设备。100多年来，它经历了从A类到D类以及T类等类型的发展变迁，历经了从模拟到数字的飞跃。
: }, ?7 k" a* _: P# U　　作为消费者，究竟如何认识生产厂商推出的这些类型产品呢?小编就来介绍一下当今可用的各种音频放大器(A/B/AB/C/D/E/F/G//H类)的一些重要特点。
0 P8 m: S* ^0 h6 \
6 d. p' X& I6 ?* ?  ~　　作　用

　　音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz~ 20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应(驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到"迷你"家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。
+ v3 w! g8 o3 O4 q2 i& Z
1 F0 U+ n- [" G# x$ t* L8 o: D, A/ T　　

　　音频放大器分类
5 k  }, C* {2 a" q
$ A9 s2 g2 N3 S5 V. q9 ^$ |　　长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类(甲类)和AB类 (甲乙类)。其原因在于过去只有电子管这样的器件，B类(乙类)电子管放大器产生的失真使它们甚至在公共广播用时都难于被人们所接受。所有的自称为高保真放大器均工作于推挽式的A类(甲类)。
! F' q" e5 N! N: h
　　随着半导体器件的出现和发展，放大器的设计得到了更多的自由。就放大器的类别而言，已不限于A 类(甲类)和AB类(甲乙类)，而出现了更多类别的放大器。

　　1A类(甲类)放大器——良好的线性放大器
' D9 t, O7 {* K- P$ k1 t( |
' U3 D# n# o3 x. ?2 q4 T' J　　A类(甲类)放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器，但效率较低。
/ s# X, h0 P# t$ U4 `
　　A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式：

　　①是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。
' E# e% X& T/ j, e
# }5 v" o7 Z/ Q6 A' s5 `2 h　　②可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。
) _, c  L: [2 ^. _2 u* F! @
　　应用：这类放大器用于要求高线性度并且可用功率能满足要求的应用。
. Q% W3 T% s4 I9 k
; p! P  X- j- c9 w6 x( [5 i" \　　2B类(乙类)放大器——最流行的放大器

% w" i6 v- G2 n　　B类(乙类)放大器，是指器件导通时间为50%的一种工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99%是属于这一类。

　　B类放大器采用推挽式放大器结构。B类放大器的输出采用正向和反向晶体管。为复现输入信号，每个晶体管仅在信号波形的半周期(180°)期间导通。这允许放大器在空闲时为零电流，因此比A类放大器的效率高。
& ~8 t$ m+ F) t' w1 ?  b+ q
　　应用：B类放大器是一种折衷，效率提高，音频质量下降。这是因为存在一个交越点，两个晶体管都从导通状态跳变为关断状态。众所周知，B类音频放大器在处理低电平信号时存在交越失真，不适合低功率应用。

* {8 J5 }" h; ]! v/ D　　3AB类(甲乙类)放大器

　　AB类(甲乙类)放大器，实际上是A类(甲类)和B类(乙类)的结合，每个器件的导通时间在50—100%之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类(乙类)设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类(甲乙类)。

　　AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类(甲类);当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。这样在AB类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。
) f3 K3 s- p6 I8 _9 U  n+ G! w
4 T0 }. F/ l! F. `　　这种性能是采用以下方法实现的：将两个晶体管偏置到导通接近于零的信号输出，即B类放大器开始呈现非线性的点。对于小信号，两个晶体管均导通，作用相当于A类放大器;对于大信号偏移，每半个波形周期内只有一个晶体管导通，因此像B类放大器一样工作。
5 @+ D& |3 O# V0 H2 H
" b$ [1 d2 m- g- q　　应用：AB类扬声器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N，典型效率高达65%，使其成为高保真扬声器驱动器的理想选择。
# o& i$ Z! L) }( e8 C9 A+ C- n1 b
% }  M4 Z% t0 L. a3 u. l　　4C类(丙类)放大器

　　C类(丙类)放大器，是指器件导通时间小于50%的工作类别。
* V0 p3 \0 p  ~
3 U3 G6 v* j3 b6 v! X　　应用：一般用于射频放大，很难找到用于音频放大的实例。
. g1 S; ~$ S$ x+ M
: J$ S  V2 t( q' m+ n　　5D类(丁类)放大器
- A! r, D; h! e- j3 x
& Z& \7 ]) B- M8 r　　这类放大器，其特点是断续地转换器件的开通，其频率超过音频，可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为脉宽调制(PWM)，其效率在理论上来说是很高的(往往高达90%或更高)。
4 V" n8 |. M) C0 a
# V* W) J# ^, P: e: N4 [　　但是，实际困难还是非常大的，因为200kHz的高功率方波是不是好的出发点尚不清楚;从失真的角度来看，为保证采样频率的有效性，必须将一个陡峭截止频率的低通滤波器插入放大器与扬声器之间，以消除绝大部分的射频成分，这至少需要4个电感(考虑立体声)，成本自然不会低。此外，表现在频响方面，它只能对某一特定负载阻抗保证平坦的频率响应。

　　应用：现代的D类放大器的保真度也可媲美AB类放大器。由于D类开关放大器具有较高效率，所以被广泛用于便携式应用。

　　

　　6E类(戊类)放大器

- r# E! Y+ L( {. s. B　　这类放大器，是一个极端聪明的半导体技术应用，它在几乎所有工作时间内，通过的电压或电流是较小的，亦即功率耗散很低。
2 Z+ H, v+ S/ ^
　　应用：它仅用于射频技术，而不用于音频。

　　7G类(庚类)放大器
# n' u7 s" D" j. V6 z
　　这类放大器，似乎与B类(乙类)或AB(甲乙类)的放大器有些类似。对于小的输出信号，它的供电电流来自低电压源;而对于‘大信号’，供电将转换到较高的电压源。这样，一定比B类(乙类)的效率更高。但是，这种改进似乎不能超越多路输出器件的成本以及使开关二极管在高频时转换干净利落的技术难点，以致使其使用不适合某些高功率的专业设备。
" t; ]/ ]1 }* A, Y: }7 G
　　此外，G类(庚类)放大器所产生的失真，大概要比相应的B类(乙类)更大，但也有资料显示，对转换细节进行精心设计，将会使其差别较小。
; O. O2 t# z/ d* \/ J* g
　　8H类[辛类)放大器

　　这类放大器，也似乎与B类(乙类)相似，其特点在于动态地提升单供电电压(不用转换到另一个电压源)，以提高效率，所采用的电路结构是自举电路。
0 |0 I9 N2 `4 y, T
　　H类放大器调制其电源电压，最大程度减小输出级的压降。实现方法包括从使用多个分立式电压到无限可调电源等。尽管与G类放大器降低输出器件功耗的技术相类似，但H类放大器结构不要求多个电源。

  Z4 \! D8 ~% l( `+ w: d　　H类放大器一般比其它音频放大器设计更复杂。这些放大器要求精确的控制电路，以预测和控制电源电压。

　　9S类放大器

+ u1 W) {! X; W# h5 V　　S类放大器，是由桑德曼博士命名的一种放大器。这类放大器，采用一个A类(甲类)放大电路，其电流能力非常有限，加上B类(乙类)放大电路作后备，在连接上使负载呈现为一较高的电阻。