功率放大器

目錄
·功率放大器簡介
·功率放大器種類
·功率放大器選購
·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)語詳解
·阻抗匹配及防護(hù)措施（圖）






   英文名稱：Power Amplifier　　
功率放大器簡介
      利用三極管的電流控制作用或場效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，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，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等于基極電流的β倍，然后將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。

　　功率放大器，簡稱“功放”。很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動整個音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個音響系統(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間收集一次主機(jī)傳輸過來的音頻信號，并將其放大后傳輸給揚聲器，而這一過程中的“緩沖作用”保證了系統(tǒng)能夠輸出溫和、平順的聲音信號，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的“緩沖作用”，放大器的工作一直處于適時狀態(tài)，但是音質(zhì)方面較前者就要差了一些。AB型放大器，實際上是A型和B型的結(jié)合，每個器件的導(dǎo)通時間在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
　　選擇功率放大器的時候，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：指輸出信號同輸入信號相比的失真程度，數(shù)值越小質(zhì)量越好，一般在0.05％以下；3、信噪比：是指輸出信號當(dāng)中音樂信號和噪音信號之間的比例，數(shù)值越大代表聲音越干凈。

　　另外，在選購功率放大器的時候還要明確自己的購買意愿，如果您希望加裝低音炮，最好購買5聲道的功放，通常2聲道和4聲道揚聲器只能推動前后揚聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道功放就可以解決這個問題，功率放大器的輸出功率也要盡量大宇揚聲器的額定功率�！　�
功率放大器原理
　　高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級，作用是將高頻已調(diào)波信號進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。在 “低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態(tài)。甲類放大器電流的流通角為360o，適用于小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等于 180o；丙類放大器電流的流通角則小于180o。乙類和丙類都適用于大功率工作。丙類工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態(tài)外，又有使電子器件工作于開關(guān)狀態(tài)的丁類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達(dá)100％，但它的最高工作頻率受到開關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間所產(chǎn)生的器件功耗(集電極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進(jìn)，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。我們已經(jīng)知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流輸出的能量轉(zhuǎn)換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻帶寬度卻很寬。例如，自20至 20000 Hz，高低頻率之比達(dá) 1000倍。因此它們都是采用無調(diào)諧負(fù)載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬MHz），但相對頻帶很窄。例如，調(diào)幅廣播電臺（535－1605 kHz的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對頻寬只相當(dāng)于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。由于這后一特點，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類、甲乙類或乙類（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類（某些特殊情況可工作于乙類）。近年來，寬頻帶發(fā)射機(jī)的各中間級還廣泛采用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路，而是以頻率響應(yīng)很寬的傳輸線作負(fù)載。這樣，它可以在很寬的范圍內(nèi)變換工作頻率，而不必重新調(diào)諧。綜上所述可見，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點則是二者的工作頻率與相對頻寬不同，因而負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)也不同。

　　高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標(biāo)要求是互相矛盾的，在設(shè)計放大器時應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標(biāo)，兼顧其他一些指標(biāo)。例如實際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對諧波抑制度要求較高，而對帶寬要求可適當(dāng)降低等。功率放大器的效率是一個突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即晶體管工作延伸到非線性區(qū)域。但這些工作狀態(tài)下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很嚴(yán)重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工作在甲類狀態(tài)；采用推挽電路時可以工作在乙類。高頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，故通常工作在丙類，通過諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。高頻功率放大器因工作于大信號的非線性狀態(tài)，不能用線性等效電路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折線法來分析其工作原理和工作狀態(tài)。這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便，但計算準(zhǔn)確度較低。以上討論的各類高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用于提供足夠強(qiáng)的以載頻為中心的窄帶信號功率，或放大窄帶已調(diào)信號或?qū)崿F(xiàn)倍頻的功能，通常工作于乙類、丙類狀態(tài)。寬帶高頻功率放大器：用于對某些載波信號頻率變化范圍大得短波，超短波電臺的中間各級放大級，以免對不同fc的繁瑣調(diào)諧。通常工作于甲類狀態(tài)。
　　
功率放大器的性能指標(biāo)

　　無論AV放大器和Hi-Fi功放對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。

　　（一）、輸出功率

　　輸出功率是指功放電路輸送給負(fù)載的功率。目前人們對輸出功率的測量方法和評價方法很不統(tǒng)一，使用時注意。

　　1、額定功率（RMS）

　　它指在一定的諧波范圍內(nèi)功放長期工作所能輸出的最大功率（嚴(yán)格說是正弦波信號）。經(jīng)常把諧波失真度為1%時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，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，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時的輸出功率，也就是輸出失真度不超過規(guī)定值的條件下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。

　　音樂輸出功率可以用來評價功放的動態(tài)聽音效果，例如在平穩(wěn)的音樂過程后面突然出現(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動態(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)實踐統(tǒng)計，峰值音樂輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。

　�。ǘ�）、頻率響應(yīng)

　　頻率響應(yīng)反映功率放大器對音頻信號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）、動態(tài)范圍

　　放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動態(tài)范圍。實際運用時，該比值使用dB來表示兩信號的電平差，高保真放大器的動態(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，將這個強(qiáng)度差稱為動態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強(qiáng)信號時不應(yīng)產(chǎn)生過載失真，而在輸入弱信號時，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)具有較大的動態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。

　�。ㄎ澹�、信噪比

　　信噪比是指聲音信號大小與噪聲信號大小的比例關(guān)系，將攻放電路輸出聲音信號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）。放大器實際的工作頻率范圍可能會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：

　　時分雙工（TDD）模式：

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

　　TDD系統(tǒng)有如下特點：

　　（1）不需要成對的頻率，能使用各種頻率資源，適用于不對稱的上下行數(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；

　　時分多址（TDMA）模式：

　　TDMA是時分多址（Time Division Multiple Access）的英文縮寫。同一頻率的載波在某一特定時間內(nèi)，分成若干相等的小時間段，供多個不同號碼的用戶使用不同的小時間段來實現(xiàn)連接的通信方式。簡而言之，它是將一個狹窄的無線頻道分割成框架性的時間片斷（特別是3和8），并將每一個時間片斷分配給每一個用戶的數(shù)字無線技術(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）來表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號頻率的變化而提升或衰減。這項指標(biāo)是考核功率放大器品質(zhì)優(yōu)劣的最為重要的一項依據(jù)。該分貝值越小，說明功率放大器的頻率響應(yīng)曲線越平坦，失真越小，信號的還原度和再現(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、能長時間安全工作時輸出功率的最大值；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輸入時，在保證信號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)計對電波覆蓋區(qū)域的要求，簡單地說，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：

　　① 避雷針：避雷針用來保護(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、輸電線路個別區(qū)段、在雷電先導(dǎo)電路向地面延伸過程中，由于受到避雷針畸變電路的影響，會逐漸轉(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電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬分之一秒時間內(nèi)的一種劇烈脈沖，。可能引起浪涌的原因有：重型設(shè)備、短路、電源切換或大型發(fā)動機(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為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護(hù)器能在極短的時間內(nèi)導(dǎo)通分流，從而避免浪涌對回路中其他設(shè)備的損害。
　　

阻抗匹配及防護(hù)措施（圖）

　　對于主要作用是向負(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電流、過電壓的保護(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，都有一個功率輸出的最佳方案問題，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，這就是功率放大器與揚聲器系統(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，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，這時的狀態(tài)稱為功率匹配狀態(tài)。在音響設(shè)備的揚聲器系統(tǒng)中音響的輸出阻抗應(yīng)為揚聲器組合狀態(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8Q揚聲器的并聯(lián)，每個揚聲器可得到50W，這樣綜合揚聲器系統(tǒng)，就是4Ω、100W，否則不能實現(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際耗散功率超過了額定數(shù)值。另外，若功率放大器與揚聲器失配或揚聲器使用中長期過載，也極易損壞揚聲器(或音箱)，因此，在音響設(shè)備中，防護(hù)的目的是保護(hù)昂貴的功放和揚聲器，所以對電源、功放、音箱的過載和短路保護(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的是過載電流取樣電阻，當(dāng)其電壓大于0.7V時，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(例如芯片CWl225)，則有專門的保護(hù)控制端第⑩腳，只要輸入過電流或過電壓信號，即可達(dá)到保護(hù)目的。

　　2．功放級晶體管保護(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，主要是考慮過電流和過電壓保護(hù)問題，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)，所以在自制功放時須注意過壓保護(hù)，如圖4所示。依靠R內(nèi)(電源內(nèi)阻)和Vl、V2的擊穿，使過電壓不能升高而保護(hù)Vl、V2。

　　3．音箱揚聲器系統(tǒng)保護(hù)：音響系統(tǒng)的保護(hù)有兩種意義：一種是音響揚聲器的過載；另一種不是音頻功率的過大、而是直流電位的偏移，導(dǎo)致無電容隔離的OCL或BTL電路揚聲器燒毀。過載時，功放電路已經(jīng)有保護(hù)無須另外考慮，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，經(jīng)過R1、R2被電容C2、C3旁路而無直流偏移時，整流橋無直流輸出，V11截止，V12、V13導(dǎo)通，繼電器K吸合，左、右聲頻信號經(jīng)保險絲F輸出；當(dāng)存在直流偏移時，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，保護(hù)音箱。

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

• 通信詞典解釋