音頻放大器

標籤: 暫無標籤

326

更新時間: 2013-12-12

廣告

音頻放大器已經有快要一個世紀的歷史了,最早的電子管放大器的第一個應用就是音頻放大器。然而直到現在為止,它還在不斷地更新、發展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當重要的一種,也是最基本的一種。為了滿足它的需要,有關的音頻放大器就要不斷地加以改進。

廣告

1 音頻放大器 -簡介

進入21世紀以後,各種攜帶型的電子設備成為了電子設備的一種重要的發展趨勢。從作為通信工具的手機,到作為娛樂設備的MP3播放器,已經成為差不多人人具備的攜帶型電子設備。陸續將要普及的還有攜帶型電視機,攜帶型DVD等等。所有這些攜帶型的電子設備的一個共同點,就是都有音頻輸出,也就是都需要有一個音頻放大器;另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下,D類放大器被開發出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。
  高效率的音頻放大器不只是在攜帶型的設備中需要,在大功率的電子設備中也需要。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,高保真音響設備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設備中,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鍵部件。

廣告

2 音頻放大器 -類別

長期以來,高品質音頻放大器的工作類別,只限於A類(甲類)和AB類 (甲乙類)。其原因在於過去只有電子管這樣的器件,B類(乙類)電子管放大器產生的失真使它們甚至在公共廣播用時都難於被人們所接受。所有的自稱為高保真放大器均工作於推挽式的A類(甲類)。
  隨著半導體器件的出現和發展,放大器的設計得到了更多的自由。就放大器的類別而言,已不限於A類(甲類)和AB類(甲乙類),而出現了更多類別的放大器。為了使讀者對此有所了解,這裡僅就筆者所知的各種類別 的放大器簡介如下。不過需要指出,就目前來說用於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 半導體放大器的絕大多數。
  一、A類(甲類)放大器 
  A類(甲類)放大器,是指電流連續地流過所有輸出器件的一种放大器。 這种放大器,由於避免了器件開關所產生的非線性,只要偏置和動態範圍控制得當,僅從失真的角度來看,可認為它是一種良好的線性放大器。 A類放大器在結構上,還有兩類不同的工作方式。其中一類是將兩個射極跟隨器相聯工作,其偏置電流要增加到在正常負載下有足夠的電流流過,而不使任一器件截止。這一措施的最大優點是它不會突然地耗盡輸出電流,如果負載阻抗低於標定值,放大器會短期出現截止現象,在失真上可能略有增加,但不致出現直感上的嚴重缺陷。另一類可稱作為控制電流源型(VCIS),它本質上是一個單獨的射極跟隨器,並帶有一個有源發射極負載,以達到合適的電流泄放。這一類作為輸出級時,需要在開始設計之前就把所要驅動的阻抗是多低搞清楚。
  二、B類(乙類)放大器
  B類(乙類)放大器,是指器件導通時間為50%的一種工作類別。這類放大器可以說是最為流行的一种放大器,也許目前所生產的放大器有99% 是屬於這一類。由於大家比較熟悉,這裡不作詳細介紹。
  三、AB類[甲乙類)放大器 
  AB類(甲乙類)放大器,實際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結合,每個器件的導通時間在50—100%之間,依賴於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)設計,然後增加偏置電流,使放大器進入AB類(甲乙類)。
  AB類(甲乙類)放大器在輸出低於某一電平時,兩個輸出器件皆導通,其狀態工作於A類(甲類);當電平增高時,兩個器件將完全截止,而另一個器件將供給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態開始時,失真將會突然上升,其線性劣於A類(甲類)或B類(乙類)。不過筆者認為,它的正當使用在於它對A類(甲類)的補充,且當面向低負載阻抗時可繼續較好地工作。
  四、C類(丙類)放大器 
  C類(丙類)放大器,是指器件導通時間小於50%的工作類別。這類放 大器,一般用於射頻放大,很難找到用於音頻放大的實例。
  五、D類(丁類)放大器
  這類放大器,其特點是斷續地轉換器件的開通,其頻率超過音頻,可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時電平,這種情況被稱為脈寬調製(PWM),其效率在理論上來說是很高的。但是,實際困難還是非常大的,因為200kHz的高功率方波是不是好的出發點尚不清楚;從失真的角度來看,為保證採樣頻率的有效性,必須將一個陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚聲 器之間,以消除絕大部分的射頻成分,這至少需要4個電感(考慮立體聲), 成本自然不會低。此外,表現在頻響方面,它只能對某一特定負載阻抗保證平坦的頻率響應。
  六、E類(戊類)放大器 
  這類放大器,是一個極端聰明的半導體技術應用,它在幾乎所有工作時間內,通過的電壓或電流是較小的,亦即功率耗散很低。遺憾的是,它僅用於射頻技術,而不用於音頻。
  七、F類(己類)放大器 
  這類放大器,就筆者目前所知並不存在,似乎是需要補充的空缺。
  八、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。 對於小的輸出信號,它的供電電流來自低電壓源;而對於『大信號』,供電將轉換到較高的電壓源。這樣,一定比B類(乙類)的效率更高。但是,這種改進似乎不能超越多路輸出器件的成本以及使開關二極體在高頻時轉換乾淨利落的技術難點,以致使其使用不適合某些高功率的專業設備。此外,G類(庚類)放大器所產生的失真,大概要比相應的B類(乙類)更大,但也有資料顯示,對轉換細節進行精心設計,將會使其差別較小。
  九、H類[辛類)放大器
  這類放大器,也似乎與B類(乙類)相似,其特點在於動態地提升單供 電電壓(不用轉換到另一個電壓源),以提高效率,所採用的電路結構是自舉電路。
  十、S類放大器
  S類放大器,是由桑德曼博士命名的一种放大器。這類放大器,採用一個A類(甲類)放大電路,其電流能力非常有限,加上B類(乙類)放大電路作後備,在連接上使負載呈現為一較高的電阻。Tech-nicsSE-1000所採用的方法與此極為相似。

3 音頻放大器 -典型的音頻放大電路

AN7115 音頻功率放大電路

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

極限參數: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℃,適合於小型攜帶型收錄音機及音響設備作功率放大器。

AN7115典型應用電路AN7115典型應用電路

廣告