功率放大器介紹

功率放大器的概念：簡稱“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)動某一負載的放大器。利用三極管的電流控制作用或場效應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。例如揚聲器，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。

功率放大器的特點：

功率放大器以其主要用途來說，功放可以分做兩個主要類別，即專用功放與民用功放。在體育館場、影劇場、歌舞廳、會議廳、公共場所擴聲，以及錄音監(jiān)聽等處所使用的功放，一般說在其技術(shù)參數(shù)上往往會有一些獨特的要求，這類功放通常稱之為專用功放或是專業(yè)功放。

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

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

（1）電子管功放輸出級的特點：

電子管功放的功率輸出級有三種電路類型，一類是有輸出變壓器的推挽輸出電路。這類輸出電路類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。一般說對膽機音色有興趣的音響愛好者來說，這類輸出級的膽機很合適。不過這類功放的，輸出變壓器的設計與工藝至關(guān)重要，如果輸出變壓器的設計與工藝上有不足之處，往往這類功放的頻率響應，瞬態(tài)響應就不太理想。另外由于輸出變壓器的制約，所以配接音箱的適應范圍較小。

功率放大器另一類功率輸出級的電路類型是單端甲類電路。這類電路也有變壓器，但這類電路的輸出變壓器中有很大的直流成分，對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。另外對供電電源的要求也比較高。這類輸出電路的特點是二次諧波成分比較多，盡管這是一種諧波失真，但對音樂信號來說，二次諧波是高度的諧合音，所以聽起來很入耳。這一特點使得這種輸出電路的功放在聲音的音色上很有特點，尤其是當功放級采用三極管時，人聲聽起來很甜美，室內(nèi)樂中的弦樂聽起來也很細膩，或者說，這類功放的聲音很有味道。但是這類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，在放送大型管弦樂曲時就比較勉強了。這類電子管功放都很受一些音響玩家的歡迎，往往在備有一臺大功率晶體管功放之外，又備有一臺此類功放，想來是在音色上互有所補，不過，這也說明此類功放的音色特點的動人之處。

還有一類電子管功放的輸出級電路是OTL電路，所謂OTL電路就是無輸出變壓器電路。現(xiàn)代的晶體管功放輸出級幾乎全是OTL電路或是OTL電路的改進型。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電路有很大的提高，這類輸出電路的功放聲音極有特色，和前面兩類輸出電路相比，它有宏偉的氣勢和寬闊的聲場，和晶體管功放相比它的音色又溫暖、細膩。這類功放由于沒有輸出變壓器，所以能夠適應較寬范圍的音箱阻抗。但是這類輸出級的功放電源效率低，設計、工藝、調(diào)試都比較復雜，這類輸出電路的功放僅見于一些高檔機種中，很難見到低價位的普及型機種。

（2）電流特點：

對功放電路的了解或評價，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。電路設計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，例如收音機中功放耗電要占整機的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已經(jīng)幾級放大，有足夠強度，這會使功放管工作點大幅度移動，所以要求功放電路有較大的動態(tài)范圍。功放管的工作點選擇不當，輸出會有嚴重失真。

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）。一般來說，額定功率越大，造價越高。

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到0.02% 。

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

4、阻尼因子（damping factor）：其定義為功率放大器的負載阻抗（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，太大會覺得揚聲器發(fā)聲單薄，太小則會使聲音混濁，聲音層次差，聲像分布不佳。

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

性能指標

無論AV放大器和Hi-Fi功放對功率放大器要求十分嚴格，在輸出功率、頻率響應、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)功放長期工作所能輸出的最大功率（嚴格說是正弦波信號）。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)值不相同。

2、最大輸出功率：當不考慮失真大小時，功放電路的輸出功率可遠高于額定功率，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 Output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，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。 頻率響應：

頻率響應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不低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40-16kHz±1.5dB。

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。

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)范圍應大于90dB。

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)的聲音強度相差很大，在通常情況下，這個強度差稱為動態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強信號時不應產(chǎn)生過載失真，而在輸入弱信號時，有不應被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統(tǒng)應當具有較大的動態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。

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，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。

輸出阻抗和阻尼系數(shù)：

1、輸出阻抗：功放輸出端與負載（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)是指功放電路給負載進行電阻尼的能力。