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音頻放大�
閱讀�11552�(shí)間:2010-09-28 14:25:09

  音頻放大�已經(jīng)有快要一�(gè)世紀(jì)的歷史了,最早的電子�放大器的�(gè)�(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)展、前�(jìn)。主要因?yàn)槿祟?lèi)的聽(tīng)�(jué)是各種感�(jué)中的相當(dāng)重要的一�,也是最基本的一種。為了滿足它的需�,有�(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�(shuō)明書(shū)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�(píng)性能的參�,因?yàn)�?guī)格低劣的�(chǎn)品肯定不�(huì)有高明的表現(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�,下面擇要介��

  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)�(dòng)至額定輸出電�。例如,�(dòng)磁唱�(MM)�4 mV/47kW ,高電平信號(hào)(AUX�)�150mV/47kW 。功率放大器是指在規(guī)定負(fù)載阻抗時(shí),能�(qū)�(dòng)至滿功率輸出�(shí)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�(guò)載電�(Phono Overload),此值越大越好,因拾音器的輸出電�,對(duì)音樂(lè)信號(hào)而言,應(yīng)�20倍峰值電壓考慮,輸�4mV的拾音頭�(yīng)�80mV�(jì),實(shí)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�(jué)刺耳,偶次(2�4�8…�)諧波是基音的倍數(shù),可增聽(tīng)感的甜美豐潤(rùn),此種聲染可取悅不少�,但�(guò)多會(huì)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�(diǎn)的值,則實(shí)際意義不�,應(yīng)�(biāo)出整�(gè)有效頻率范圍�(nèi)的失真。放大器的互�(diào)失真的值與總諧波失真接�,越低越�?;フ{(diào)失真和音�(zhì)有較大關(guān)�,而且不易降低,測(cè)量又麻煩,所以不�?gòu)S家干脆不提供�

  頻率響應(yīng)(Frequency Response) 前置放大器可能列出三�(gè)頻率響應(yīng),動(dòng)圈唱頭和�(dòng)磁唱頭的頻率響應(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(hào)頻率響應(yīng)有更寬闊的頻率范圍,�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�?xún)?nèi)�

  那種�(méi)有標(biāo)明不平坦± dB值的頻率響應(yīng)是沒(méi)有實(shí)際意義的。頻率響�(yīng)可用頻率特性曲線表�,通常這曲線的水平軸用�(duì)�(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?hào)分離的程度,即左、右聲道的信�(hào)不相互混合串?dāng)_的程�。對(duì)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(guó)Hi-Fi工業(yè)�(xié)�(huì)A�(jì)�(quán))�(biāo)�(zhǔn),也有采用額定輸出電平下�(cè)得噪聲低于信�(hào)若干dB的就易誤�(dǎo),信/噪比越大越好,但比較�(shí)�(yīng)為相同測(cè)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(shí)�(cè)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�(shí)可提升或衰減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(shí)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�(tái)功率放大器從它在不同�(fù)載阻抗時(shí)的輸出功率可大致看出它的供電能力,�(dāng)供電裕量充足�(shí),負(fù)載阻抗降低一半,輸出功率增加一�。當(dāng)輸出功率僅指1kHz �(shí)的輸�,數(shù)值將比全頻帶為高�

  鑒于�(yǔ)言和音�(lè)節(jié)目的瞬時(shí)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(dòng)�(tài)范圍�(nèi)工作不致�(guò)載而失真,就要求功率放大器具有充分的功率儲(chǔ)備量,對(duì)晶體管放大器可取10倍或更大,電子管放大器的失真�(jī)制不同,可取較小�(chǔ)備量�

  連續(xù)輸出電流(Continuous Output Current ) 指在�(guī)定負(fù)載阻抗時(shí),能提供的連續(xù)輸出電流能力,電流越大則�(qū)�(dòng)低阻抗揚(yáng)聲器的能力越�(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(duì)�(yáng)聲器錐盆�(yùn)�(dòng)的控制力越強(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�(shí),低頻拖尾發(fā)�,清晰度變差,沒(méi)有層次和力度。阻尼過(guò)度則聲音生硬干澀,缺乏泛音,少韻味沒(méi)有音�(lè)��

  �(zhuǎn)換速率(SR,Slew Rate ) 這是表征放大器對(duì)瞬間變化信號(hào)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(duì)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(shí)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(shí)聲音雖較甜潤(rùn),但�(huì)缺乏�(yīng)有的�(xì)節(jié)和層��

�(lèi)�

  �(zhǎng)期以�(lái),高品質(zhì)音頻放大器的工作�(lèi)�,只限于A�(lèi)(甲類(lèi))和AB�(lèi) (甲乙�(lèi))。其原因在于�(guò)去只有電子管這樣的器�,B�(lèi)(乙類(lèi))電子管放大器�(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時(shí)都難于被人們所接受。所有的自稱(chēng)為高保真放大器均工作于推挽式的A�(lèi)(甲類(lèi))�

  隨著半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和發(fā)�,放大器的設(shè)�(jì)得到了更多的自由。就放大器的�(lèi)別而言,已不限于A�(lèi)(甲類(lèi))和AB�(lèi)(甲乙�(lèi)),而出�(xiàn)了更多類(lèi)別的放大器。為了使讀者對(duì)此有所了解,這里僅就筆者所知的各種�(lèi)� 的放大器�(jiǎn)介如�。不�(guò)需要指出,就目前來(lái)�(shuō)用于音頻功率放大器的工作�(lèi)�,A�(lèi)(甲類(lèi))、AB�(lèi)(甲乙�(lèi))和B�(lèi)(乙類(lèi))這三�(lèi)放大器仍覆蓋� 半導(dǎo)體放大器的絕大多�(shù)�

  一、A�(lèi)(甲類(lèi))放大�

  A�(lèi)(甲類(lèi))放大�,是指電流連續(xù)地流�(guò)所有輸出器件的一種放大器� 這種放大�,由于避免了器件�(kāi)�(guān)所�(chǎn)生的非線性,只要偏置和動(dòng)�(tài)范圍控制得當(dāng),僅從失真的角度�(lái)看,可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器� A�(lèi)放大器在�(jié)�(gòu)上,還有兩類(lèi)不同的工作方�。其中一�(lèi)是將兩�(gè)射極跟隨器相�(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(guò),而不使任一器件截止。這一措施的優(yōu)�(diǎn)是它不會(huì)突然地耗盡輸出電流,如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定�,放大器�(huì)短期出現(xiàn)截止�(xiàn)象,在失真上可能略有增加,但不致出現(xiàn)直感上的�(yán)重缺陷。另一�(lèi)可稱(chēng)作為控制電流源型(VCIS),它本質(zhì)上是一�(gè)單獨(dú)的射極跟隨器,并帶有一�(gè)有源�(fā)射極�(fù)載,以達(dá)到合適的電流泄放。這一�(lèi)作為輸出�(jí)�(shí),需要在�(kāi)始設(shè)�(jì)之前就把所要驅(qū)�(dòng)的阻抗是多低搞清��

  �、B�(lèi)(乙類(lèi))放大�

  B�(lèi)(乙類(lèi))放大�,是指器件導(dǎo)通時(shí)間為50%的一種工作類(lèi)別。這類(lèi)放大器可以說(shuō)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�(lèi)。由于大家比較熟�,這里不作詳細(xì)介紹�

  三、AB�(lèi)[甲乙�(lèi))放大�

  AB�(lèi)(甲乙�(lèi))放大�,實(shí)際上是A�(lèi)(甲類(lèi))和B�(lèi)(乙類(lèi))的結(jié)合,每�(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50�100%之�,依�(lài)于偏置電流的大小和輸出電�。該�(lèi)放大器的偏置按B�(lèi)(乙類(lèi))�(shè)�(jì),然后增加偏置電�,使放大器�(jìn)入AB�(lèi)(甲乙�(lèi))�

  AB�(lèi)(甲乙�(lèi))放大器在輸出低于某一電平�(shí),兩�(gè)輸出器件皆導(dǎo)�,其狀�(tài)工作于A�(lèi)(甲類(lèi));當(dāng)電平增高�(shí),兩�(gè)器件將完全截�,而另一�(gè)器件將供給更多的電流。這樣在AB�(lèi)(甲乙�(lèi))狀�(tài)�(kāi)始時(shí),失真將�(huì)突然上升,其線性劣于A�(lèi)(甲類(lèi))或B�(lèi)(乙類(lèi))。不�(guò)筆者認(rèn)�,它的正�(dāng)使用在于它對(duì)A�(lèi)(甲類(lèi))的補(bǔ)�,且�(dāng)面向低負(fù)載阻抗時(shí)可繼�(xù)較好地工��

  �、C�(lèi)(丙類(lèi))放大�

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

  五、D�(lèi)(丁類(lèi))放大�

  這類(lèi)放大�,其特點(diǎn)是斷�(xù)地轉(zhuǎn)換器件的�(kāi)通,其頻率超�(guò)音頻,可控制信號(hào)的占空比以使它的平均值能代表音頻信號(hào)的瞬�(shí)電平,這種情況被稱(chēng)為脈寬調(diào)�(PWM),其效率在理論上�(lái)�(shuō)是很高的。但�,實(shí)際困難還是非常大�,因?yàn)?00kHz的高功率方波是不是好的出�(fā)�(diǎn)尚不清楚;從失真的角度來(lái)看,為保證采樣頻率的有效�,必須將一�(gè)陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與�(yáng)� 器之間,以消除絕大部分的射頻成分,這至少需�4�(gè)電感(考慮立體�)� 成本自然不會(huì)�。此�,表�(xiàn)在頻響方�,它只能�(duì)某一特定�(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)�

  �、E�(lèi)(戊類(lèi))放大�

  這類(lèi)放大�,是一�(gè)極端聰明的半�(dǎo)體技�(shù)�(yīng)�,它在幾乎所有工作時(shí)間內(nèi),通過(guò)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�(lèi)(己類(lèi))放大�

  這類(lèi)放大器,就筆者目前所知并不存�,似乎是需要補(bǔ)充的空缺�

  �、G�(lèi)(庚類(lèi))放大�

  這類(lèi)放大器,似乎與B�(lèi)(乙類(lèi))或AB(甲乙�(lèi))的放大器有些�(lèi)�� �(duì)于小的輸出信�(hào),它的供電電流來(lái)自低電壓�;而對(duì)于‘大信號(hào)�,供電將�(zhuǎn)換到較高的電壓源。這樣,一定比B�(lèi)(乙類(lèi))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�(kāi)�(guān)二極管在高頻�(shí)�(zhuǎn)換干凈利落的技�(shù)難點(diǎn),以致使其使用不適合某些高功率的�(shè)�。此外,G�(lèi)(庚類(lèi))放大器所�(chǎn)生的失真,大概要比相�(yīng)的B�(lèi)(乙類(lèi))更大,但也有資料顯示,對(duì)�(zhuǎn)換細(xì)節(jié)�(jìn)行精心設(shè)�(jì),將�(huì)使其差別較小�   �、H�(lèi)[辛類(lèi))放大�

  這類(lèi)放大�,也似乎與B�(lèi)(乙類(lèi))相似,其特點(diǎn)在于�(dòng)�(tài)地提升單� 電電�(不用�(zhuǎn)換到另一�(gè)電壓�),以提高效率,所采用的電路結(jié)�(gòu)是自舉電��

  �、S�(lèi)放大�

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

電路�

  這是音頻功率放大器的典型�(yīng)用電�,它受設(shè)�(jì)的限�,無(wú)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(kāi)啟時(shí)間可能會(huì)延長(zhǎng),且電容體積增大,這樣做并不切�(shí)��

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)用電路。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(dòng)之后,輸出電平會(huì)慢慢上升。每�(dāng)收到停機(jī)信號(hào)之后,輸出電平便�(huì)逐漸下降至零,啟�(dòng)/�(guān)閉時(shí)間可以通過(guò)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�(wú)需旁路電容的音頻放大器。沒(méi)有旁路電容器,啟�(dòng)�(shí)間便可縮短,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��

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(hào),信�(hào)音量和功率級(jí)都要理想——如�(shí)、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)�(dòng)頻帶受限的揚(yáng)聲器�(shí)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(jí)到TV或PC音頻的數(shù)瓦,再到“迷你”家庭立體聲和汽�(chē)音響的幾十瓦,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�(gè)電影院或禮堂的聲音要��

  音頻放大器的一種簡(jiǎn)單模擬實(shí)�(xiàn)方案是采用線性模式的晶體�,得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。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�(gè)�(huán)增益也很�。因?yàn)楦攮h(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(guò)提高電源抑制能力(PSR)�(lái)降低電源噪聲,所以經(jīng)常采用反��

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