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你不能不知道的9類音頻放大器,及其最佳應用場合

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 導讀:音頻功率放大器簡稱音頻功放,是擴聲係統不可缺少的音響設備。100多年來,它經曆了從A類到D類以及T類等類型的發展變遷,曆經了從模擬到數字的飛躍。   

作為消費者,究竟如何認識生產廠商推出的這些類型產品呢?小編就來介紹一下當今可用的各種音頻放大器(A/B/AB/C/D/E/F/G//H類)的一些重要特點。

 

作 用  音頻放大器的目的是在產生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號,信號音量和功率級都要理想——如實、有效且失真低。音頻範圍為約20Hz~ 20kHz,因此放大器在此範圍內必須有良好的頻率響應(驅動頻帶受限的揚聲器時要小一些,如低音喇叭或高音喇叭)。根據應用的不同,功率大小差異很大,從耳機的毫瓦級到TVPC音頻的數瓦,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係統的數百瓦以上,大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求。     

 音頻放大器分類  長期以來,高品質音頻放大器的工作類別,隻限於A(甲類)AB(甲乙類)。其原因在於過去隻有電子管這樣的器件,B(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(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 (甲類)AB(甲乙類),而出現了更多類別的放大器。

 1A類(甲類)放大器——良好的線性放大器  A(甲類)放大器,是指電流連續地流過所有輸出器件的一種放大器。這種放大器,由於避免了器件開關所產生的非線性,隻要偏置和動態範圍控製得當,僅從失真的角度來看,可認為它是一種良好的線性放大器,但效率較低。  A類放大器在結構上,還有兩類不同的工作方式:  ①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。  ②可稱作為控製電流源型(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。  應用:這類放大器用於要求高線性度並且可用功率能滿足要求的應用。  

2B類(乙類)放大器——最流行的放大器  B(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種放大器,也許目前所生產的放大器有99%是屬於這一類。  B類放大器采用推挽式放大器結構。B類放大器的輸出采用正向和反向晶體管。為複現輸入信號,每個晶體管僅在信號波形的半周期(180°)期間導通。這允許放大器在空閑時為零電流,因此比A類放大器的效率高。  應用:B類放大器是一種折衷,效率提高,音頻質量下降。這是因為存在一個交越點,兩個晶體管都從導通狀態跳變為關斷狀態。眾所周知,B類音頻放大器在處理低電平信號時存在交越失真,不適合低功率應用。

 3AB類(甲乙類)放大器  AB(甲乙類)放大器,實際上是A(甲類)B(乙類)的結合,每個器件的導通時間在50100%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(乙類)設計,然後增加偏置電流,使放大器進入AB(甲乙類)

 AB(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(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(甲乙類)狀態開始時,失真將會突然上升,其線性劣於A(甲類)B(乙類)。  這種性能是采用以下方法實現的:將兩個晶體管偏置到導通接近於零的信號輸出,即B類放大器開始呈現非線性的點。對於小信號,兩個晶體管均導通,作用相當於A類放大器;對於大信號偏移,每半個波形周期內隻有一個晶體管導通,因此像B類放大器一樣工作。  應用:AB類揚聲器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N,典型效率高達65%,使其成為高保真揚聲器驅動器的理想選擇。

 4C(丙類)放大器  C(丙類)放大器,是指器件導通時間小於50%的工作類別。  應用:一般用於射頻放大,很難找到用於音頻放大的實例。

 

5D(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,可控製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(往往高達90%或更高)。  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,為保證采樣頻率的有效性,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,表現在頻響方麵,它隻能對某一特定負載阻抗保證平坦的頻率響應。  應用:現代的D類放大器的保真度也可媲美AB類放大器。由於D類開關放大器具有較高效率,所以被廣泛用於便攜式應用。     

6E(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。   

應用:它僅用於射頻技術,而不用於音頻。

7G(庚類)放大器  這類放大器,似乎與B(乙類)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(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管在高頻時轉換幹淨利落的技術難點,以致使其使用不適合某些高功率的專業設備。  此外,G(庚類)放大器所產生的失真,大概要比相應的B(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。

8H[辛類)放大器  這類放大器,也似乎與B(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,所采用的電路結構是自舉電路。  H類放大器調製其電源電壓,最大程度減小輸出級的壓降。實現方法包括從使用多個分立式電壓到無限可調電源等。盡管與G類放大器降低輸出器件功耗的技術相類似,但H類放大器結構不要求多個電源。  H類放大器一般比其它音頻放大器設計更複雜。這些放大器要求精確的控製電路,以預測和控製電源電壓。

 9S類放大器  S類放大器,是由桑德曼博士命名的一種放大器。這類放大器,采用一個A(甲類)放大電路,其電流能力非常有限,加上B(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。

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