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音頻放大�
閱讀�11561時間�2010-09-28 14:25:09

  音頻放大�已經(jīng)有快要一個世紀(jì)的歷史了,最早的電子�放大器的個應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為�,它還在不斷地更�、發(fā)�、前�(jìn)。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相�(dāng)重要的一�,也是最基本的一�。為了滿足它的需要,有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改�(jìn)�

基本參數(shù)

  音響器材說明書上都列出技�(shù)�(guī)�,這些�(shù)�(jù)雖不能表示音�(zhì)的好�,但可作為估評性能的參考,因為�(guī)格低劣的�(chǎn)品肯定不會有高明的表�(xiàn)�

  音頻放大器的�(guī)格可分為前置放大�(Pre Amplifier)和功率放大器(Power Amplifier)兩部分,下面擇要介紹�

  輸入靈敏�/阻抗(Input Sensitivity/Impedance) 前置放大器是指在某一�(fù)載阻抗下的某電平輸入可驅(qū)動至額定輸出電平。例�,動磁唱�(MM)�4 mV/47kW ,高電平信號(AUX�)�150mV/47kW 。功率放大器是指在規(guī)定負(fù)載阻抗時,能�(qū)動至滿功率輸出時的輸入電�,一般為1~2V/20~50kW �

  輸入電平(Maximum Input Level) 通常是指拾音�(唱頭)輸入過載電平(Phono Overload),此值越大越�,因拾音器的輸出電壓,對音樂信號而言,應(yīng)�20倍峰值電壓考慮,輸�4mV的拾音頭�(yīng)�80mV�,實用上�(yīng)�150 mV�

  額定輸出電平/阻抗(Rated Output Level/Impedance) 一般前置放大器額定輸出�1.5~2.0V/47kW ,錄音輸出為150mV/600W �

  輸出電平(Maximum Output Level) 表示在一定條件下能提供的輸出電壓,高性能�(chǎn)品可�(dá)10V以上�

  總諧波失�(THD,Total Harmonic Distortion)互調(diào)失真(IMD,Intermodulation Distortion) 諧波中的奇次(1�3�5…�)諧波與基音不和諧,使人感覺刺�,偶�(2�4�8…�)諧波是基音的倍數(shù),可增聽感的甜美豐潤,此種聲染可取悅不少�,但過多會造成聲音肥厚混濁。大部分放大器的總諧波失真都低于0.1[%] �

  諧波失真如只給出中頻(�1kHz)一點的�,則實際意義不大,應(yīng)�(biāo)出整個有效頻率范圍內(nèi)的失�。放大器的互�(diào)失真的值與總諧波失真接近,越低越好。互�(diào)失真和音�(zhì)有較大關(guān)�,而且不易降低,測量又麻煩,所以不少廠家干脆不提供�

  頻率響應(yīng)(Frequency Response) 前置放大器可能列出三個頻率響�(yīng),動圈唱頭和動磁唱頭的頻率響�(yīng),是�(jīng)RIAA�(guī)定的均衡后產(chǎn)生的偏差,如20~20000Hz± 2dB,高電平信號頻率響應(yīng)有更寬闊的頻率范�,如10~100 000Hz± 1dB。功率放大器的頻率響�(yīng)�(xiàn)在均非常平坦,變化都�1dB以內(nèi)�

  那種沒有�(biāo)明不平坦± dB值的頻率響應(yīng)是沒有實際意義的。頻率響�(yīng)可用頻率特性曲線表示,通常這曲線的水平軸用對數(shù)尺度表示頻率高低,垂直軸表示放大器的輸出電平或增��

  聲道分離�(Channel Separation) 是相�?fù)ǖ佬盘柗蛛x的程�,即�、右聲道的信號不相互混合�?dāng)_的程�。對于高保真聲頻放大器要求聲道分離度大于40dB(1kHz)�

  �/噪比(Signal/Noise Ratio) 前置放大器大多采用IHF-A Weighted(美國Hi-Fi工業(yè)�(xié)會A計權(quán))�(biāo)�(zhǔn),也有采用額定輸出電平下測得噪聲低于信號若干dB的就易誤�(dǎo),信/噪比越大越好,但比較時應(yīng)為相同測量標(biāo)�(zhǔn),優(yōu)良的前置放大器信噪比可達(dá)67dB(MC�250m V)�85dB(MM�5mV)�105dB(CD、TAPE、TUNER、AUX)。功率放大器是指在輸入短路時測得的信噪比�

  音調(diào)控制(Tone Controls ) 表示音調(diào)控制的范圍及特�,如低音�100Hz高音�10kHz時可提升或衰�8dB(± 8dB),該控制范圍并非越大越好�

  額定輸出功率(Rated Output Power) 指在20~20000Hz頻率范圍�(nèi),總諧波失真在規(guī)定值時的連續(xù)正弦波輸出能力,采用RMS(Root Mean Square,平方�)輸出功率或連續(xù)輸出功率,通常�8W �(fù)載為�(biāo)�(zhǔn)。一臺功率放大器從它在不同負(fù)載阻抗時的輸出功率可大致看出它的供電能力,�(dāng)供電裕量充足時,�(fù)載阻抗降低一�,輸出功率增加一倍。當(dāng)輸出功率僅指1kHz 時的輸出,數(shù)值將比全頻帶為高�

  鑒于語言和音樂節(jié)目的瞬時功率與平均功率之比一般在10dB左右,為使功率放大器在重放節(jié)目動�(tài)范圍�(nèi)工作不致過載而失�,就要求功率放大器具有充分的功率儲備量,對晶體管放大器可�10倍或更大,電子管放大器的失真�(jī)制不同,可取較小儲備量�

  連續(xù)輸出電流(Continuous Output Current ) 指在�(guī)定負(fù)載阻抗時,能提供的連續(xù)輸出電流能力,電流越大則�(qū)動低阻抗揚聲器的能力越強(qiáng),該值亦可顯示出放大器的電流容量大小�

  阻尼系數(shù)(Damping Factor ) 放大器的�(nèi)阻越�,阻尼系�(shù)越大,對揚聲器錐盆運動的控制力越�(qiáng)。阻尼系�(shù)的表示可以是某一頻率下的阻尼系數(shù),中頻范圍內(nèi)的阻尼系�(shù)以及全頻帶的阻尼系數(shù),它們的含義就有差別,�(xiàn)在采用的大多是中頻阻尼系�(shù)。阻尼系�(shù)不足�,低頻拖尾發(fā)�,清晰度變差,沒有層次和力度。阻尼過度則聲音生硬干澀,缺乏泛�,少韻味沒有音樂��

  �(zhuǎn)換速率(SR,Slew Rate ) 這是表征放大器對瞬間變化信號跟隨能力的參�(shù),通常僅在Hi-Fi放大器才給出該指�(biāo),單位V/m s。放大器的SR越大,它的高頻響�(yīng)越好,對音色的保真度越高,一般要求功率放大器的SR�20V/m s為好。放大器的轉(zhuǎn)換速率高時清晰度和層次感好,重�(xiàn)�(xì)節(jié)�,音色纖�(xì)透明,轉(zhuǎn)換速率低時聲音雖較甜潤,但會缺乏應(yīng)有的�(xì)節(jié)和層次�

類別

  長期以來,高品質(zhì)音頻放大器的工作類別,只限于A�(甲類)和AB� (甲乙�)。其原因在于過去只有電子管這樣的器�,B�(乙類)電子管放大器�(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時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�(甲類)�

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

  一、A�(甲類)放大�

  A�(甲類)放大�,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�,由于避免了器件開關(guān)所�(chǎn)生的非線�,只要偏置和動態(tài)范圍控制得當(dāng),僅從失真的角度來看,可�(rèn)為它是一種良好的線性放大器� A類放大器在結(jié)�(gòu)�,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(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。這一措施的優(yōu)點是它不會突然地耗盡輸出電流,如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定�,放大器會短期出�(xiàn)截止�(xiàn)�,在失真上可能略有增�,但不致出現(xiàn)直感上的�(yán)重缺陷。另一類可稱作為控制電流源�(VCIS),它本質(zhì)上是一個單獨的射極跟隨�,并帶有一個有源發(fā)射極�(fù)載,以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級�,需要在開始�(shè)計之前就把所要驅(qū)動的阻抗是多低搞清楚�

  �、B�(乙類)放大�

  B�(乙類)放大�,是指器件導(dǎo)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(chǎn)的放大器�99� 是屬于這一�。由于大家比較熟�,這里不作詳細(xì)介紹�

  �、AB類[甲乙�)放大�

  AB�(甲乙�)放大�,實際上是A�(甲類)和B�(乙類)的結(jié)�,每個器件的�(dǎo)通時間在50�100%之間,依賴于偏置電流的大小和輸出電�。該類放大器的偏置按B�(乙類)�(shè)�,然后增加偏置電流,使放大器�(jìn)入AB�(甲乙�)�

  AB�(甲乙�)放大器在輸出低于某一電平時,兩個輸出器件皆�(dǎo)�,其狀�(tài)工作于A�(甲類);當(dāng)電平增高�,兩個器件將完全截止,而另一個器件將供給更多的電�。這樣在AB�(甲乙�)狀�(tài)開始時,失真將會突然上升,其線性劣于A�(甲類)或B�(乙類)。不過筆者認(rèn)�,它的正�(dāng)使用在于它對A�(甲類)的補(bǔ)�,且�(dāng)面向低負(fù)載阻抗時可繼�(xù)較好地工��

  四、C�(丙類)放大�

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

  �、D�(丁類)放大�

  這類放大�,其特點是斷�(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開�,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�,這種情況被稱為脈寬調(diào)�(PWM),其效率在理論上來說是很高的。但�,實際困難還是非常大�,因�200kHz的高功率方波是不是好的出�(fā)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�4個電�(考慮立體�)� 成本自然不會�。此�,表�(xiàn)在頻響方面,它只能對某一特定�(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)�

  �、E�(戊類)放大�

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

  �、F�(己類)放大�

  這類放大�,就筆者目前所知并不存�,似乎是需要補(bǔ)充的空缺�

  �、G�(庚類)放大�

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

  這類放大�,也似乎與B�(乙類)相似,其特點在于動態(tài)地提升單� 電電�(不用�(zhuǎn)換到另一個電壓源),以提高效率,所采用的電路結(jié)�(gòu)是自舉電��

  �、S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)放大電路作后�,在連接上使�(fù)載呈�(xiàn)為一較高的電�。Tech-nicsSE-1000所采用的方法與此極為相��

電路�

  這是音頻功率放大器的典型�(yīng)用電路,它受�(shè)計的限制,無法在高電路噪音環(huán)境中工作。提高旁路電容值便可改善電源抑制比。但旁路電容值高,開啟時間可能會延長,且電容體積增大,這樣做并不切實際�

音頻放大器電路圖
音頻放大器電路圖

  圖二:

  這是�(shè)有“漸�(qiáng)漸弱”功能的音頻功率放大器應(yīng)用電�。它添加“漸�(qiáng)漸弱”功�,當(dāng)LM4897放大器獲得停�(jī)管腳的供電并重新啟動之后,輸出電平會慢慢上升。每�(dāng)收到停機(jī)信號之后,輸出電平便會逐漸下降至零,啟�/�(guān)閉時間可以通過輸入電阻及電容器加以�(shè)��

音頻放大器電路圖

  圖三:

  這是采用無需旁路電容的音頻放大器。沒有旁路電容器,啟動時間便可縮�,而且仍可�217Hz�1kHz的噪音下分別維持高達(dá)62dB�66dB的電源抑制比。該音頻放大器內(nèi)置輸入及反饋電阻,工程師可以利用外接的控制邏輯管腳選�2�(6dB)�4�(12dB)的可編程增益,外接元件數(shù)目可大幅減少至兩顆�

背景

  音頻放大器的目的是在�(chǎn)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�。音頻范圍為�20Hz� 20kHz,因此放大器在此范圍�(nèi)必須有良好的頻率響應(yīng)(�(qū)動頻帶受限的揚聲器時要小一�,如低音喇叭或高音喇�)。根�(jù)�(yīng)用的不同,功率大小差異很�,從耳機(jī)的毫瓦級到TV或PC音頻的數(shù)�,再到“迷你”家庭立體聲和汽車音響的幾十�,直到功率更大的家用和商用音響系�(tǒng)的數(shù)百瓦以上,大到能滿足整個電影院或禮堂的聲音要求�

  音頻放大器的一種簡單模擬實�(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�。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�。因為高�(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�,所以經(jīng)常采用反饋�

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