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高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要,在大功率的電子設(shè)備中也需要。因為,功率越大,效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善,高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中,往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時,低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。

音頻放大器的一種簡單模擬實現(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,則整個環(huán)增益也很高。因為高環(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。

1、A類放大器

A類放大器的主要特點是:放大器的工作點Q設(shè)定在負(fù)載線的中點附近,晶體管在輸入信號的整個周期內(nèi)均導(dǎo)通。放大器可單管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲線的線性范圍內(nèi),所以瞬態(tài)失真和交替失真較小。電路簡單,調(diào)試方便。但效率較低,晶體管功耗大,功率的理論最大值僅有25%,且有較大的非線性失真。由于效率比較低現(xiàn)在設(shè)計基本上不在再使用。

2、B類放大器

B類放大器的主要特點是:放大器的靜態(tài)點在(VCC,0)處,當(dāng)沒有信號輸入時,輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內(nèi),Q1導(dǎo)通Q2截止,輸出端正半周正弦波;同理,當(dāng)Vi為負(fù)半波正弦波(如圖虛線部分所示),所以必須用兩管推挽工作。其特點是效率較高(78%),但是因放大器有一段工作在非線性區(qū)域內(nèi),故其缺點是"交越失真"較大。即當(dāng)信號在-0.6V~ 0.6V之間時, Q1 Q2都無法導(dǎo)通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設(shè)計師摒棄。

3、AB類放大器

AB類放大器的主要特點是:晶體管的導(dǎo)通時間稍大于半周期,必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大,可以抵消偶次諧波失真。有效率較高,晶體管功耗較小的特點。當(dāng)信號在-0.6V《+0.6V 之間時,為使Q1,Q2導(dǎo)通,在Q1,Q2的VBE之間增加兩個偏置電壓,使輸入信號在+ - 0.6V之間大小的時候,Q1,Q2也可以線性的放大。這樣既可以獲得較高的功率效率,又能很好的改善B類推挽式放大器的交越失真。理論上也可達到 78.5%的功率最大值,但實際上功率的最大值在70%左右可能受到輸出級拓?fù)浜洼敵黾壭本�的影響,在典型的聽音條件下(全功率的30%左右),功放的效率為35%左右。

4、D類放大器

D類(數(shù)字音頻功率)放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數(shù)字信息變換成PWM(脈沖亮度調(diào)制)或PDM(脈沖密度調(diào)制)的脈沖信號,然后用PWM或 PDM的脈沖信號去控制大功率開關(guān)器件通/斷音頻功率放大器,也稱為開關(guān)放大器。具有效率高的突出優(yōu)點。

數(shù)字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率數(shù)模變換器。放大器由輸入信號處理電路、開關(guān)信號形成電路、大功率開關(guān)電路(半橋式和全橋式)和低通濾波器(LC)等四部分組成.D類放大或數(shù)字式放大器。系利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來放大音頻信號。

D類(數(shù)字音頻功率)放大器有以下優(yōu)點

①具有很高的效率,通常能夠達到85%以上。

②體積小,可以比模擬的放大電路節(jié)省很大的空間。

③無裂噪聲接通

④低失真,頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少,便于設(shè)計調(diào)試。

一個基本的半橋式D類放大器的結(jié)構(gòu)功能框圖如下圖所示。

各類音頻放大器比較說明:

A類、B類和AB類放大器是模擬放大器,D類放大器是數(shù)字放大器。B類和AB類推挽放大器比A類放大器效率高、失真較小,功放晶體管功耗較小,散熱好,但B類放大器在晶體管導(dǎo)通與截止?fàn)顟B(tài)的轉(zhuǎn)換過程中會因其開關(guān)特性不佳或因電路參數(shù)選擇不當(dāng)而產(chǎn)生交替失真。而D類放大器具有效率高低失真,頻率響應(yīng)曲線好。外圍元器件少優(yōu)點。AB類放大器和D類放大器是目前音頻功率放大器的基本電路形式。

電源紋波抑制比(power supply rejection rate)是音頻放大器的輸入測量電源電壓的偏差偶合到一個模擬電路的輸出信號的比值。PSRR反映了音頻功率放大器對電源的紋波要求,PSRR值越大越好,音頻放大器輸出音質(zhì)就越好。

2、總諧波失真加噪聲(THD+N)

總諧波失真(total harmonic distortion)是指一個模擬電路處理信號后,在一個特定頻率范圍內(nèi)所引入的總失真量。噪聲(noise)是指通常不需要的信號。有時是由于由于熱或者其它物理條件產(chǎn)生的在線路板上的其它電氣行為(干擾)。從THD+N的定義中不難看出總諧波失真和噪聲越小越好。

3、信噪比(SNR)

信噪比(SNR)通常指一個模擬信號中有用信號和噪聲之間的比值。

4、增益(AO)

增益(AO)是對音頻功率放大器來說增益通常指放大器輸出功率和輸入功率之間的比值。增益越大說明放大器的效率越高。

5、最大輸出功率(POCM)

最大輸出功率(POCM)反映了一個音頻功率放大器的負(fù)載能力,通常音頻放大器廠家會提供產(chǎn)品的在工作電壓一定條件和額定負(fù)載下的的最大輸出功率。

6、關(guān)斷電流(Shutdown current)和輸出偏移電壓(OutPUt Offset Voltage)。

關(guān)斷電流越小,說明在待機條件下的放大器功耗小。輸出偏移電壓小有利于電池壽命的延長。

AN7115在V=9.0V,THD=10%,RL=8Ω條件下,輸出功率可達2.1W,噪聲輸出3mV。

極限參數(shù):Vcc=13V,耗散功率(不帶散熱器)為1.2W,帶散熱器的條件下為2.25W。工作溫度-20-70℃,適合于小型便攜式收錄音機及音響設(shè)備作功率放大器。

TDA2030 是德律風(fēng)根生產(chǎn)的音頻功放電路,采用V 型5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。如 圖1 所示,按引腳的形狀引可分為H 型和V 型。該集成電路廣泛應(yīng)用于汽車立體聲收錄 音機、中功率音響設(shè)備,具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電 路。意大利SGS 公司、美國RCA 公司、日本日立公司、NEC 公司等均有同類產(chǎn)品生產(chǎn), 雖然其內(nèi)部電路略有差異,但引出腳位置及功能均相同,可以互換。

電路特點:

1、外接元件非常少。

2、輸出功率大,Po=18W(RL=4Ω)。

3、采用超小型封裝(TO-220),可提高組裝密度。

4、開機沖擊極小。

5、內(nèi)含各種保護電路,因此工作安全可靠。主要保護電路有:短路保護、熱保護、地線偶然開路、電源極性反接(Vsmax=12V)以及負(fù)載泄放電壓反沖等。

憑借諸如極佳的功率效率、較小的熱量以及較輕的供電電源等優(yōu)點,D類放大器正在音頻世界掀起風(fēng)暴,隨著技術(shù)的成熟以及其所達到越來越好的聲音重現(xiàn)效果, D類放大器將主導(dǎo)音頻放大器市場。