功率放大器

百科解釋

目錄·功率放大器簡(jiǎn)介
·功率放大器種類
·功率放大器選購(gòu)
·功率放大器原理
·功率放大器的性能指標(biāo)
·功率放大器術(shù)語(yǔ)詳解
·阻抗匹配及防護(hù)措施（圖）

利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的β倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。

　　功率放大器，簡(jiǎn)稱“功放”。很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動(dòng)整個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時(shí)就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來(lái)補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。
　　

功率放大器種類

目前市場(chǎng)上車用功率放大器的種類很多，分類方法也比較復(fù)雜。最常見的是按照工作方式分為：A型、B型和AB型。A型是指放大器每隔一定時(shí)間收集一次主機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的音頻信號(hào)，并將其放大后傳輸給揚(yáng)聲器，而這一過(guò)程中的“緩沖作用”保證了系統(tǒng)能夠輸出溫和、平順的聲音信號(hào)，不足之處處在于消耗的能量較大。B型功率放大器則是取消了前面所說(shuō)的“緩沖作用”，放大器的工作一直處于適時(shí)狀態(tài)，但是音質(zhì)方面較前者就要差了一些。AB型放大器，實(shí)際上是A型和B型的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50％-100％之間，可以稱得上是當(dāng)前比較理想的功率放大器�！　�

功率放大器選購(gòu)

　　選擇功率放大器的時(shí)候，首先要注意它的一些技術(shù)指標(biāo)：1、輸入阻抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會(huì)在5000-15000Ω，數(shù)值越大表示抗干擾能力越強(qiáng)；2、失真度：指輸出信號(hào)同輸入信號(hào)相比的失真程度，數(shù)值越小質(zhì)量越好，一般在0.05％以下；3、信噪比：是指輸出信號(hào)當(dāng)中音樂信號(hào)和噪音信號(hào)之間的比例，數(shù)值越大代表聲音越干凈。

　　另外，在選購(gòu)功率放大器的時(shí)候還要明確自己的購(gòu)買意愿，如果您希望加裝低音炮，最好購(gòu)買5聲道的功放，通常2聲道和4聲道揚(yáng)聲器只能推動(dòng)前后揚(yáng)聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道功放就可以解決這個(gè)問(wèn)題，功率放大器的輸出功率也要盡量大宇揚(yáng)聲器的額定功率�！　�

功率放大器原理

功率放大器的性能指標(biāo)

　　無(wú)論AV放大器和Hi-Fi功放對(duì)功率放大器要求十分嚴(yán)格，在輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度、信噪比、輸出阻抗和阻尼系數(shù)等方面都有明確要求。

　�。ㄒ唬⑤敵龉β�

　　輸出功率是指功放電路輸送給負(fù)載的功率。目前人們對(duì)輸出功率的測(cè)量方法和評(píng)價(jià)方法很不統(tǒng)一，使用時(shí)注意。

　　1、額定功率（RMS）

　　它指在一定的諧波范圍內(nèi)功放長(zhǎng)期工作所能輸出的最大功率（嚴(yán)格說(shuō)是正弦波信號(hào)）。經(jīng)常把諧波失真度為1%時(shí)的平均功率稱為額定輸出功率或最大有用功率、持續(xù)功率、不失真功率等。很顯然規(guī)定的失真度前提不同時(shí)，額定功率數(shù)值將不相同。

　　2、最大輸出功率

　　當(dāng)不考慮失真大小時(shí)，功放電路的輸出功率可遠(yuǎn)高于額定功率，還可輸出更大數(shù)值的功率，它能輸出的最大功率稱為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率

　　3、音樂輸出功率（MPO）

　　音樂輸出功率MPO是英文Music Power Outpur的縮寫，它是指功放電路工作于音樂信號(hào)時(shí)的輸出功率，也就是輸出失真度不超過(guò)規(guī)定值的條件下，功放對(duì)音樂信號(hào)的瞬間最大輸出功率。

　　音樂輸出功率可以用來(lái)評(píng)價(jià)功放的動(dòng)態(tài)聽音效果，例如在平穩(wěn)的音樂過(guò)程后面突然出現(xiàn)了沖擊性強(qiáng)的打擊樂器聲音，有的功放電路可在瞬間提供很大的輸出功率給以力度感有使不完的勁；有的功放卻顯得力不從心底氣不足。為了反映這瞬間突發(fā)性輸出功率的能力可以用音樂輸出功率來(lái)量度。

　　4、峰值音樂輸出功率（PMPO）

　　它是最大音樂輸出功率，是功放電路的另一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，若不考慮失真度功放電路可輸出的最大音樂功率就是峰值音樂輸出功率。

　　通常峰值音樂輸出功率大于音樂輸出功率，音樂輸出功率大于最大輸出功率，最大輸出功率大于額定輸出功率，經(jīng)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，峰值音樂輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。

　�。ǘ㈩l率響應(yīng)

　　頻率響應(yīng)反映功率放大器對(duì)音頻信號(hào)各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應(yīng)不底于人耳的聽覺頻率范圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率范圍為20-20kHz。國(guó)際規(guī)定一般音頻功放的頻率范圍是40-16 kHz±1.5dB。

　�。ㄈ�、失真

　　失真是重放音頻信號(hào)的波形發(fā)生變化的現(xiàn)象。波形失真的原因和種類有很多，主要有諧波失真、互調(diào)失真、瞬態(tài)失真等。

　　（四）、動(dòng)態(tài)范圍

　　放大器不失真的放大最小信號(hào)與最大信號(hào)電平的比值就是放大器的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際運(yùn)用時(shí)，該比值使用dB來(lái)表示兩信號(hào)的電平差，高保真放大器的動(dòng)態(tài)范圍應(yīng)大于90 dB。

　　自然界的各種噪聲形成周圍的背景噪聲，而周圍的背景噪聲和演奏出現(xiàn)的聲音強(qiáng)度相差很大，在通常情況下，將這個(gè)強(qiáng)度差稱為動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強(qiáng)信號(hào)時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生過(guò)載失真，而在輸入弱信號(hào)時(shí)，有不應(yīng)被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統(tǒng)應(yīng)當(dāng)具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。

　　（五）、信噪比

　　信噪比是指聲音信號(hào)大小與噪聲信號(hào)大小的比例關(guān)系，將攻放電路輸出聲音信號(hào)電平與輸出的各種噪聲電平之比的分貝數(shù)稱為信噪比的大小。

　　（六）、輸出阻抗和阻尼系數(shù)

　　1、輸出阻抗

　　功放輸出端與負(fù)載（揚(yáng)聲器）所表現(xiàn)出的等效內(nèi)阻抗稱為功放的輸出阻抗。

　　2、阻尼系數(shù)

　　阻尼系數(shù)是指功放電路給負(fù)載進(jìn)行電阻尼的能力。
　　

功率放大器術(shù)語(yǔ)詳解

　　工作范圍

　　工作范圍是指功率放大器在規(guī)定的失真度和額定輸出功率條件下的工作頻帶寬度，即功率放大器的最低工作頻率至最高工作頻率之間的范圍，單位Hz（赫茲）。放大器實(shí)際的工作頻率范圍可能會(huì)大于定義的工作頻率范圍。

　　工作模式

　　功率放大器的工作模式主要有以下幾種：

　　時(shí)分雙工（TDD）模式：

　　在TDD模式的移動(dòng)通信系統(tǒng)中，接收和傳送在同一頻率信道（即載波）的不同時(shí)隙，用保證時(shí)間來(lái)分離接收和傳送信道。

　　TDD系統(tǒng)有如下特點(diǎn)：

　　（1）不需要成對(duì)的頻率，能使用各種頻率資源，適用于不對(duì)稱的上下行數(shù)據(jù)傳輸速率，特別適用于IP型的數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)；

　　（2）上下行工作于同一頻率，電波傳播的對(duì)稱特性使之便于使用智能天線等新技術(shù)，達(dá)到提高性能、降低成本的目的；

　　時(shí)分多址（TDMA）模式：

　　TDMA是時(shí)分多址（Time Division Multiple Access）的英文縮寫。同一頻率的載波在某一特定時(shí)間內(nèi)，分成若干相等的小時(shí)間段，供多個(gè)不同號(hào)碼的用戶使用不同的小時(shí)間段來(lái)實(shí)現(xiàn)連接的通信方式。簡(jiǎn)而言之，它是將一個(gè)狹窄的無(wú)線頻道分割成框架性的時(shí)間片斷（特別是3和8），并將每一個(gè)時(shí)間片斷分配給每一個(gè)用戶的數(shù)字無(wú)線技術(shù)。

　　傳輸增益

　　指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”（分貝）來(lái)表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號(hào)頻率的變化而提升或衰減。這項(xiàng)指標(biāo)是考核功率放大器品質(zhì)優(yōu)劣的最為重要的一項(xiàng)依據(jù)。該分貝值越小，說(shuō)明功率放大器的頻率響應(yīng)曲線越平坦，失真越小，信號(hào)的還原度和再現(xiàn)能力越強(qiáng)。

　　輸出功率

　　功率放大器的功率指標(biāo)嚴(yán)格來(lái)講又有標(biāo)稱輸出功率和最大瞬間輸出功率之分。前者就是額定輸出功率，它可以解釋為諧波失真在標(biāo)準(zhǔn)范圍內(nèi)變化、能長(zhǎng)時(shí)間安全工作時(shí)輸出功率的最大值；后者是指功率放大器的“峰值”輸出功率，它解釋為功率放大器接受電信號(hào)輸入時(shí)，在保證信號(hào)不受損壞的前提下瞬間所能承受的輸出功率最大值。

　　接收增益

　　增益是天線的主要指標(biāo)之一，它是方向系數(shù)與效率的乘積，是天線輻射或接收電波大小的表現(xiàn)。增益大小的選擇取決于系統(tǒng)設(shè)計(jì)對(duì)電波覆蓋區(qū)域的要求，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠(yuǎn)。而功率放大器的接收增益值越大，則接收性能越強(qiáng)。

　　避雷保護(hù)

　　常見的直擊避雷保護(hù)措施：

　�、� 避雷針：避雷針用來(lái)保護(hù)工業(yè)與民用高層建筑以及發(fā)電廠、變壓所的屋外配電裝置、輸電線路個(gè)別區(qū)段、在雷電先導(dǎo)電路向地面延伸過(guò)程中，由于受到避雷針畸變電路的影響，會(huì)逐漸轉(zhuǎn)向并擊中避雷針，從而避免了雷電先導(dǎo)向被保護(hù)設(shè)備，擊毀被保護(hù)設(shè)備和建筑的可能性。由此可見，避雷針實(shí)際上是引雷針，它將雷電引向自己，從而保護(hù)其它設(shè)備免遭雷擊。

　�、� 避雷線：避雷線也叫架空地線，它是沿線路架設(shè)在桿塔頂端，并具有良好接地的金屬導(dǎo)線，避雷線是輸電線路的主要防雷保護(hù)措施。

　�、� 避雷帶、避雷網(wǎng)：在建筑物上沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷擊部位敷設(shè)的金屬網(wǎng)格，主要用于保護(hù)高大的民用建筑。

　　浪涌保護(hù)

　　浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內(nèi)的一種劇烈脈沖，�？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機(jī)。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護(hù)連接設(shè)備免于受損。

　　浪涌保護(hù)器，也叫信號(hào)防雷保護(hù)器，是一種為各種電子設(shè)備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護(hù)的電子裝置。當(dāng)電氣回路或者通信線路中因?yàn)橥饨绲母蓴_突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護(hù)器能在極短的時(shí)間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對(duì)回路中其他設(shè)備的損害。
　　

阻抗匹配及防護(hù)措施（圖）

　　對(duì)于主要作用是向負(fù)載提供功率的放大電路通常稱為功率放大電路，其主要特點(diǎn)如下：一是輸出功率是指交變電壓和交變電流的乘積，即交流功率；二是交流功率是在輸入為正弦波、輸出波形基本不失真時(shí)定義的；三是輸出功率大，因而消耗在電路內(nèi)的能量和電源提供的能量也大；四是晶體管常常工作在極限應(yīng)用狀態(tài)，由此要考慮必要的散熱措施和過(guò)電流、過(guò)電壓的保護(hù)措施。下面就功率放大器的阻抗匹配及防護(hù)措施作以扼要介紹。

　　一、功率放大器的阻抗匹配

　　在所有電子音像設(shè)備中，都有一個(gè)功率輸出的最佳方案問(wèn)題，即為了獲得最大的功率輸出而又不增加電路的投資經(jīng)費(fèi)，這就是功率放大器與揚(yáng)聲器系統(tǒng)的最佳組合。

　　功率放大器組合的目的是為了達(dá)到最小的設(shè)備投資而獲得最大的功率輸出，以圖1互補(bǔ)型功率放大電路為例：和為功放朱級(jí)，工作于低偏置甲乙類互補(bǔ)狀態(tài)。它的輸出功率近似于乙類狀態(tài)。

　　為了達(dá)到最大輸出功率，所以負(fù)載的大小應(yīng)該使功率管的電流輸出和電壓輸出的乘積最大，這時(shí)的狀態(tài)稱為功率匹配狀態(tài)。在音響設(shè)備的揚(yáng)聲器系統(tǒng)中音響的輸出阻抗應(yīng)為揚(yáng)聲器組合狀態(tài)的總阻抗，這樣音響的輸出功率才是標(biāo)明的額定標(biāo)準(zhǔn)功率，否則音響的輸出功率就達(dá)不到要求。

　　例如：音響標(biāo)準(zhǔn)接頭上標(biāo)明是4Ω、100W，那么該接頭上的阻抗就是兩個(gè)8Q揚(yáng)聲器的并聯(lián)，每個(gè)揚(yáng)聲器可得到50W，這樣綜合揚(yáng)聲器系統(tǒng)，就是4Ω、100W，否則不能實(shí)現(xiàn)100w的功率輸出。

　　二、功率放大器的防護(hù)

　　功率管是功率放大電路中最容易受到損壞的器件，損壞的大部分原因是由于管子的實(shí)際耗散功率超過(guò)了額定數(shù)值。另外，若功率放大器與揚(yáng)聲器失配或揚(yáng)聲器使用中長(zhǎng)期過(guò)載，也極易損壞揚(yáng)聲器(或音箱)，因此，在音響設(shè)備中，防護(hù)的目的是保護(hù)昂貴的功放和揚(yáng)聲器，所以對(duì)電源、功放、音箱的過(guò)載和短路保護(hù)是完全必要的。

　　1．電源保護(hù)：圖2是分立元件穩(wěn)壓電路，電路中Ri的是過(guò)載電流取樣電阻，當(dāng)其電壓大于0.7V時(shí)，V13導(dǎo)通，集電極電位下降，調(diào)整管V11斷開，限制電源輸出電流。

　　圖3是可調(diào)輸出電壓模塊，功耗達(dá)70W，電流可達(dá)10A，電壓調(diào)整率為20.8％，輸出電壓為1.25～15V，且有短路保護(hù)。

　　當(dāng)使用開關(guān)電源時(shí)(例如芯片CWl225)，則有專門的保護(hù)控制端第⑩腳，只要輸入過(guò)電流或過(guò)電壓信號(hào)，即可達(dá)到保護(hù)目的。

　　2．功放級(jí)晶體管保護(hù)：功率放大晶體管除在使用中必須注意環(huán)境溫度及選用合適的散熱器外，主要是考慮過(guò)電流和過(guò)電壓保護(hù)問(wèn)題，目前應(yīng)用的集成電路都設(shè)有限流保護(hù)和熱切斷保護(hù)功能(如HAl350、HA2211、LM2879等)，所以在自制功放時(shí)須注意過(guò)壓保護(hù)，如圖4所示。依靠R內(nèi)(電源內(nèi)阻)和Vl、V2的擊穿，使過(guò)電壓不能升高而保護(hù)Vl、V2。

　　3．音箱揚(yáng)聲器系統(tǒng)保護(hù)：音響系統(tǒng)的保護(hù)有兩種意義：一種是音響揚(yáng)聲器的過(guò)載；另一種不是音頻功率的過(guò)大、而是直流電位的偏移，導(dǎo)致無(wú)電容隔離的OCL或BTL電路揚(yáng)聲器燒毀。過(guò)載時(shí)，功放電路已經(jīng)有保護(hù)無(wú)須另外考慮，這里僅介紹直流偏移組合音響保護(hù)電路。

　　圖5為組合音響保護(hù)電路。從圖中可以看出，當(dāng)左、右聲道送入音箱的聲音信號(hào)，經(jīng)過(guò)R1、R2被電容C2、C3旁路而無(wú)直流偏移時(shí)，整流橋無(wú)直流輸出，V11截止，V12、V13導(dǎo)通，繼電器K吸合，左、右聲頻信號(hào)經(jīng)保險(xiǎn)絲F輸出；當(dāng)存在直流偏移時(shí)，整流橋輸出使V11導(dǎo)通，V12、V13截止，繼電器K釋放切斷了音頻信號(hào)，保護(hù)音箱。

　　電路中C2、C3是濾波電容，C4具有開關(guān)機(jī)時(shí)延時(shí)接通音箱功能，避免開機(jī)時(shí)的沖擊噪聲，V則具有短路K的斷電反電動(dòng)勢(shì)作用，保護(hù)V12、V13晶體管。

通信詞典解釋