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音频放大器的分类详解,初学者必看

作者:立深鑫电子        发布时间:08-11        点击:
摘要 : 音频放大器是多媒体产品的重要组件之一,广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好,在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来,随着MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及,线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求
音频放大器是多媒体产品的重要组件之一,广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好,在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来,随着MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及,线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求,而D类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。因此,高性能的D类功放具有十分重要的应用价值及市场前景。

音频放大的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上高效率、低失真地重现音频输入信号。音频信号的频率范围为20Hz~20KHz,因此音频放大器必须具有良好的频率响应。音频放大器通常由前置放大器和功率放大器组成。


音频放大器

音频放大器分类

音频功率放大器种类繁多,常用的有A类、B类、AB类、C类、D类、E类、F类、G类、H类、S类等十余种,但适合于音频应用的只有A类、B类、AB类和D类等四种。

1、A类放大器

A类放大器的主要特点是:放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近,晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作,也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范围内,所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单,调试方便。但效率较低,晶体管功耗大,功率的理论最大值仅有25%,且有较大的非线性失真。由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。


音频放大器图片

2、B类放大器

B类放大器的主要特点是:放大器的静态点在(VCC,0)处,当没有信号输入时,输出端几乎不消耗功率。在Vi的正半周期内,Q1导通Q2截止,输出端正半周正弦波;同理,当Vi为负半波正弦波(如图虚线部分所示),所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高(78%),但是因放大器有一段工作在非线性区域内,故其缺点是“交越失真”较大。即当信号在-0.6V~ 0.6V之间时, Q1 Q2都无法导通而引起的。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。

3、AB类放大器

AB类放大器的主要特点是:晶体管的导通时间稍大于半周期,必须用两管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真较大,可以抵消偶次谐波失真。有效率较高,晶体管功耗较小的特点。当信号在-0.6V《+0.6V 之间时,为使Q1,Q2导通,在Q1,Q2的VBE之间增加两个偏置电压,使输入信号在+ - 0.6V之间大小的时候,Q1,Q2也可以线性的放大。这样既可以获得较高的功率效率,又能很好的改善B类推挽式放大器的交越失真。理论上也可达到 78.5%的功率最大值,但实际上功率的最大值在70%左右可能受到输出级拓扑和输出级斜线的影响,在典型的听音条件下(全功率的30%左右),功放的效率为35%左右。

4、D类放大器

D类(数字音频功率)放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲亮度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号,然后用PWM或 PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器,也称为开关放大器。具有效率高的突出优点。数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器。放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成.D类放大或数字式放大器。系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。

①具有很高的效率,通常能够达到85%以上。

②体积小,可以比模拟的放大电路节省很大的空间。

③无裂噪声接通

④低失真,频率响应曲线好。外围元器件少,便于设计调试。

如图所示,PDM信号与PWM信号相比,没有固定的工作频率,其将输入的音频信号调制成一组脉冲宽度相同但是频率不同的PDM信号,有效的改善了PWM带来的EMI问题。目前市场上产品还不是很多。


音频放大器图片

PWM(Pulse Width Modulation)中A类、B类和AB类放大器是模拟放大器,D类放大器是数字放大器。B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小,功放晶体管功耗较小,散热好,但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而D类放大器具有效率高低失真,频率响应曲线好。外围元器件少优点。AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。

音频放大器中各单元的电路作用

(1)电压放大级。用来对输入信号进行电压放大,使加到推动级的信号电压达到一定的程度。根据机器对音频输出功率要求的不同,电压放大器的级数不等,可以只有一级电压放大器,也可以是采用多级电压放大器。

(2)推动级。用来推动功放输出级,对信号电压和电流进行进一步放大,有的推动级还要完成输出两个大小相等、方向相反的推动信号。推动放大器也是一级电压、电流放大器,它工作在大信号放大状态下。

(3)输出级。用来对信号进行电流放大。电压放大级和推动级对信号电压已进行了足够的电压放大,输出级再进行电流放大,以达到对信号功率放大的目的,这是因为输出信号功率等于输出信号电流与电压之积。