功率放大器介紹

功率放大器的概念：簡(jiǎn)稱(chēng)“功放”，指在給定失真率條件下，能產(chǎn)生最大功率輸出以驅(qū)動(dòng)某一負(fù)載的放大器。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。例如揚(yáng)聲器，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。

功率放大器的特點(diǎn)：

功率放大器以其主要用途來(lái)說(shuō)，功放可以分做兩個(gè)主要類(lèi)別，即專(zhuān)用功放與民用功放。在體育館場(chǎng)、影劇場(chǎng)、歌舞廳、會(huì)議廳、公共場(chǎng)所擴(kuò)聲，以及錄音監(jiān)聽(tīng)等處所使用的功放，一般說(shuō)在其技術(shù)參數(shù)上往往會(huì)有一些獨(dú)特的要求，這類(lèi)功放通常稱(chēng)之為專(zhuān)用功放或是專(zhuān)業(yè)功放。

而用于家庭的Hi-Fi音樂(lè)欣賞，AV系統(tǒng)放音，以及卡拉OK娛樂(lè)的功放，通常稱(chēng)為民用功放或是家用功放。

專(zhuān)用功放與民用功放盡管在一些特性參數(shù)上有所差別，但也很難說(shuō)有一條涇渭分明的界線，比如用于音樂(lè)錄音監(jiān)聽(tīng)的功放很可能就是一臺(tái)可用于家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。

（1）電子管功放輸出級(jí)的特點(diǎn)：

電子管功放的功率輸出級(jí)有三種電路類(lèi)型，一類(lèi)是有輸出變壓器的推挽輸出電路。這類(lèi)輸出電路類(lèi)型在電子管功放中占了絕大多數(shù)。在推挽電路中的輸出變壓器中直流成分很少，二次諧波失真也很小，這類(lèi)電路的輸出功率可以做得比較大，所以適用范圍也比較大。一般說(shuō)對(duì)膽機(jī)音色有興趣的音響愛(ài)好者來(lái)說(shuō)，這類(lèi)輸出級(jí)的膽機(jī)很合適。不過(guò)這類(lèi)功放的，輸出變壓器的設(shè)計(jì)與工藝至關(guān)重要，如果輸出變壓器的設(shè)計(jì)與工藝上有不足之處，往往這類(lèi)功放的頻率響應(yīng)，瞬態(tài)響應(yīng)就不太理想。另外由于輸出變壓器的制約，所以配接音箱的適應(yīng)范圍較小。

功率放大器另一類(lèi)功率輸出級(jí)的電路類(lèi)型是單端甲類(lèi)電路。這類(lèi)電路也有變壓器，但這類(lèi)電路的輸出變壓器中有很大的直流成分，對(duì)輸出變壓器的要求比推挽輸出電路中輸出變壓的要求要高。另外對(duì)供電電源的要求也比較高。這類(lèi)輸出電路的特點(diǎn)是二次諧波成分比較多，盡管這是一種諧波失真，但對(duì)音樂(lè)信號(hào)來(lái)說(shuō)，二次諧波是高度的諧合音，所以聽(tīng)起來(lái)很入耳。這一特點(diǎn)使得這種輸出電路的功放在聲音的音色上很有特點(diǎn)，尤其是當(dāng)功放級(jí)采用三極管時(shí)，人聲聽(tīng)起來(lái)很甜美，室內(nèi)樂(lè)中的弦樂(lè)聽(tīng)起來(lái)也很細(xì)膩，或者說(shuō)，這類(lèi)功放的聲音很有味道。但是這類(lèi)功放的輸出功率不容易做得大，所以如果配用的音箱靈敏度較低，在放送大型管弦樂(lè)曲時(shí)就比較勉強(qiáng)了。這類(lèi)電子管功放都很受一些音響玩家的歡迎，往往在備有一臺(tái)大功率晶體管功放之外，又備有一臺(tái)此類(lèi)功放，想來(lái)是在音色上互有所補(bǔ)，不過(guò)，這也說(shuō)明此類(lèi)功放的音色特點(diǎn)的動(dòng)人之處。

還有一類(lèi)電子管功放的輸出級(jí)電路是OTL電路，所謂OTL電路就是無(wú)輸出變壓器電路?，F(xiàn)代的晶體管功放輸出級(jí)幾乎全是OTL電路或是OTL電路的改進(jìn)型。電子管和晶體管的特性參數(shù)與工作狀態(tài)不同，晶體管功放很容易適合配阻抗為4-8的音箱，而電子管功放要想不需要輸出變壓器去適配4-8的音箱就要費(fèi)些周折了。電子管OTL功放由于去掉了輸出變壓器，所以在技術(shù)參數(shù)上比前面提到的那兩類(lèi)電路有很大的提高，這類(lèi)輸出電路的功放聲音極有特色，和前面兩類(lèi)輸出電路相比，它有宏偉的氣勢(shì)和寬闊的聲場(chǎng)，和晶體管功放相比它的音色又溫暖、細(xì)膩。這類(lèi)功放由于沒(méi)有輸出變壓器，所以能夠適應(yīng)較寬范圍的音箱阻抗。但是這類(lèi)輸出級(jí)的功放電源效率低，設(shè)計(jì)、工藝、調(diào)試都比較復(fù)雜，這類(lèi)輸出電路的功放僅見(jiàn)于一些高檔機(jī)種中，很難見(jiàn)到低價(jià)位的普及型機(jī)種。

（2）電流特點(diǎn)：

對(duì)功放電路的了解或評(píng)價(jià)，主要從輸出功率、效率和失真這三方面考慮。

1、為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的三極管，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設(shè)計(jì)使用中首先要考慮怎樣充分地發(fā)揮三極管功能而又不損壞三極管。由于電路中功放管工作狀態(tài)常接近極限值，所以功放電流調(diào)整和使用時(shí)要小心，不宜超限使用。

2、從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機(jī)中功放耗電要占整機(jī)的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。

3、功放電路的輸入信號(hào)已經(jīng)幾級(jí)放大，有足夠強(qiáng)度，這會(huì)使功放管工作點(diǎn)大幅度移動(dòng)，所以要求功放電路有較大的動(dòng)態(tài)范圍。功放管的工作點(diǎn)選擇不當(dāng)，輸出會(huì)有嚴(yán)重失真。

功能放大器的主要參數(shù)：

1、額定功率（rate power）：是指連續(xù)的正弦波功率，在1kHz正弦波輸入及一定的負(fù)載下，諧波失真小于1%所輸出的功率，表示成W/CH（瓦/聲道）。一般來(lái)說(shuō)，額定功率越大，造價(jià)越高。

2、總諧波失真（THD）：是指高次諧波占基波的百分比，總諧波失真越小越好，好的功率放大器的總諧波失真能達(dá)到0.02% 。

3、轉(zhuǎn)換率（slew rate）：?jiǎn)挝粫r(shí)間上升的電壓幅度，單位為伏/微秒，它反映了功率放大器對(duì)瞬態(tài)聲音信號(hào)的跟蹤能力，是一種瞬態(tài)特性指標(biāo)。

4、阻尼因子（damping factor）：其定義為功率放大器的負(fù)載阻抗（大功率管內(nèi)部電阻加上音箱的接線線阻），例如8Ω：0.04Ω=200：1，一般要求比值比較大，但不能太大，太大會(huì)覺(jué)得揚(yáng)聲器發(fā)聲單薄，太小則會(huì)使聲音混濁，聲音層次差，聲像分布不佳。

5、輸出阻抗（output impedance）（或稱(chēng)額定負(fù)載阻抗）：通常有8Ω、4Ω、2Ω等值，此值越小，說(shuō)明功率放大器負(fù)載能力越強(qiáng)。就單路而言，額定負(fù)載為2Ω的功率放大器，可以帶動(dòng)4只阻抗為8Ω的音箱發(fā)聲，并且失真很小。

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。

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(chēng)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(chēng)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(lè)輸出功率（MPO）：音樂(lè)輸出功率MPO是英文Music Power Output的縮寫(xiě)，它是指功放電路工作于音樂(lè)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(lè)信號(hào)的瞬間最大輸出功率。 音樂(lè)輸出功率可以用來(lái)評(píng)價(jià)功放的動(dòng)態(tài)聽(tīng)音效果，例如在平穩(wěn)的音樂(lè)過(guò)程后面突然出現(xiàn)了沖擊性強(qiáng)的打擊樂(lè)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(lè)輸出功率來(lái)量度。

4、峰值音樂(lè)輸出功率（PMPO）：它是最大音樂(lè)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(lè)功率就是峰值音樂(lè)輸出功率。

通常峰值音樂(lè)輸出功率大于音樂(lè)輸出功率，音樂(lè)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(lè)輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。 頻率響應(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)不低于人耳的聽(tīng)覺(jué)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40-16kHz±1.5dB。

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(lèi)有很多，主要有諧波失真、互調(diào)失真、瞬態(tài)失真等。

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90dB。

自然界的各種噪聲形成周?chē)谋尘霸肼?，而周?chē)谋尘霸肼暫脱葑喑霈F(xiàn)的聲音強(qiáng)度相差很大，在通常情況下，這個(gè)強(qiáng)度差稱(chēng)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(méi)，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。

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，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(chēng)為信噪比的大小。

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(chēng)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。