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音频功率放大器的类型和结构
发布时间:2021-01-17 14:57:40 浏览: 86次 来源:【jake推荐】 作者:-=Jake=-

顾名思义,音频功率放大器是一种放大音频信号功率的放大器。从早期的简单A和B发展到现在的G,甚至W。音频输入和输出已从早期的纯模拟信号演变为数字/模拟共存。效率越来越高,谐波失真越来越小,保真度越来越高。本文从结构和基本特性上分析了功率放大器的发展(本文的部分内容来自互联网)。

功率放大器的定义

功率放大器缩写为功率放大器亚博体彩app ,通常称为“放大器”。它是音频系统中最基本的设备。它的任务是放大来自信号源的微弱电信号,以驱动扬声器发出声音。

其主要功能是放大从音频设备输入的较弱的信号音频功放,然后产生足够的电流来驱动扬声器以再现声音。考虑到功率,阻抗,失真,动态以及不同的使用范围和控制调整功能,不同的功率放大器具有不同的内部信号处理,电路设计和生产过程。

功率放大器的分类

对功率放大器进行分类的方法有很多,通常根据导通功率放大器电子管的不同方法进行分类。通常分为A型(A型),B型(B型),AB型(A和B型),D型(D型)以及后来开发的G型和H型。

A类功率放大器

A类放大器的特点是不管输入信号如何,其输出电路中都会有恒定电流流过,这种放大器通常在特性曲线的线性范围内工作,以确保放大的信号不会失真。

因此,它的优点是:低失真,信号越小,传真越高。最大的缺点是效率低,最大值仅为25%,在没有输入信号的情况下根本不会降低功耗,因此非常不适合功率放大。但是,由于其高保真度,一些高级音频设备仍使用A类放大器。

由于是否有信号输入,A类功率放大器的电流消耗始终非常大,会产生大量热量。因此,在使用功率放大器时,需要良好的散热环境。下图显示了A类功率放大器的工作间隔的示意性波形以及A类功率放大器的一般实现方式,即“共集电极”和“共发射极”。

A类功放工作区

A类功率放大器的输出幅度为Vp,输出负载平均功率PL,功率输入功率为Ps,工作效率为η,则可得到以下表达式:

p = PL = Vp * Vp /(2 * R1); Ps = 2 * Vcc * Iq; η= Pl / Ps,因此可以计算出来,当Vp = VCC且Vp = IQ * RL时,A型功率放大器的最大效率为25%。

B类功率放大器

B类功率放大器是一种放大器,其工作点位于特性线的最末端。没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。根据定义,静态工作点为0,信号通过PNP型BJT连接到初级发射极跟随器,形成所谓的“互补发射极跟随器”,也称为“ B类推挽放大器”。

工作原理是,在Vi的正半周期间,Q1导通,Q2关断,因此在图4的输出端形成正半周正弦波。同样音频功放,当Vi为负半周期时,Q1关闭,Q2接通,结果是输出端为负半周正弦波,如图4中的虚线所示。

由于在没有输入信号的情况下B类推挽放大器不消耗功率,因此其最大效率比A类放大器高78%。但是,由于推挽放大器的信号幅度范围在特性线的非线性范围内,因此会引起严重的失真。如下所示,我们将此失真称为“交叉失真”(Cross-Over Distortion)。 )。

B类功率放大器的实现

B类功率放大器的工作区域

假设输出信号为Vp *sinωt,输出负载平均功率PL,电源输入功率为Ps,工作效率为η,则可以得出:

p = PL = Vp * Vp /(2 * R1); Ps = 2 * Vcc * Vp /(π* Rl); η= Pl / Ps,当Vp = VCC时,B类功率放大器的工作效率最高,为78.5%。

AB类功率放大器

上述B类推挽放大器的交叉失真是由于信号大小为-0.6V

尽管AB类放大器产生的失真小于B类放大器,但是这种改进的代价是浪费了静态功耗并降低了效率。因此,AB类功率放大器的效率将介于A类和B类之间。

主要区别

A类放大器

B类放大器

AB类放大器

工作点位置

负载线的中点

加载线截止点

在负载线的中点和截止点之间

失真度

最小失真

失真度比AB类稍高,具有交叉失真。

可以消除交叉失真

功率传输效率

最低效率,低于50%

效率大约为50%到78.5%

效率略低于B级

主要目的

低失真的小型功率放大器

大功率放大器

通用音频放大器

D类功率放大器

上述A类,B类和AB类功率放大器都可以视为模拟功率放大器。因为它们的输入和输出都是模拟声电信号,它们都由模拟功率放大器放大,所以不涉及诸如调制,滤波,编码和解码的处理过程。 D类功率放大器可以称为最简单的数字功率放大器(有人称其为PWM功率放大器,而不是严格的数字功率放大器)。

D类功率放大器接收模拟音频信号,并将其与内部三角波发生器产生的三角波进行比较,结果是脉宽调制信号(PWM),然后将PWM信号放大并恢复为模拟信号音频信号。因此,D类功率放大器模拟具有脉冲宽度的模拟音频幅度,并且信息传输过程是模拟的,未量化的和未编码的。而且由于当前设备的性能限制,PWM功率放大器不可能使用太高的采样频率,并且性能指标仍未达到Hi-Fi(高保真)水平。 D类功率放大器的效率一般可以达到80%〜90%以上。由于其较高的效率,大大降低了对环境散热性能的要求亚博vip登陆 ,因此在当前的便携式产品中凤凰彩票app ,D类功率放大器已成为主流。

D类功率放大器的实现和PWM波形

对于D类功率放大器,比较器和三角波信号形成一个固定频率的PWM电路lol压注 ,音频输入信号由三角波信号调制(三角波的频率比音频输入信号高得多) ,三角波的频率一般为25KHz〜1.5MHz

之间的

)。输入信号的幅度越大,生成的PWM波的脉冲宽度就越宽。

当D类放大器工作时,输出P型和N型电源开关均处于通断状态。在理想状态下,电源开关的导通电阻为0Ω,并且没有电压损失。关闭时,开关管的电阻是无限的,并且没有电流流动。因此,D类功率放大器的效率理论上可以达到100%。但是,在实际应用中,由于器件特性(例如开关速度,漏电流,导通电阻不为零等),实际工作效率可以达到90%以上。下图显示了D类功率放大器的一般设计架构。在实际设计中,将增加过热保护,过流保护等保护电路。

G类功率放大器

为了提高功率放大器的效率,开发了G类功率放大器。日立在1976年提出了G类功率放大器。其主要原理是为功率放大器提供多个电源电压亚博电竞 ,并根据输入音频信号的大小选择所需的电压。电压。当输入信号低时,为电路提供小的电源电压,否则,提供高的电源电压。由于音频信号的峰均比非常高,因此灵活选择G类功率放大器的电源电压可以有效地降低功耗并提高效率。因此,近年来,G类功率放大器已越来越多地用于大功率音频功率放大器系统中。

主要特征是功率放大器根据信号要求由高压电源或低压电源供电。由于音乐的峰值与有效值之比非常大,因此可以借助G类功率放大器来提高效率。

在大多数情况下,G类放大器的功率输出远远低于峰值功率水平。当偶尔出现高功率峰值时,放大器必须依靠某种机制立即提供高功率输出,并且内部能量消耗将同时增加。这种高功率输出仅在短时间内发生。

G类功率放大器的定义类似于使用电荷泵+ AGC的当前处理方法,因此业内许多制造商将具有升压(ChargePump或Boost)+ AGC控制特性的功率放大器定义为G类功率放大器。

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