功率放大电路的发展及目前主流功放的应用
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功率放大电路的发展及目前主流功放的应用功率放大器的发展历程:一、早期的晶体管功放半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。
自从有了晶体管,人们就开始用它制造功率放大器。
早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高,例如,共发射极截止频率fh的典型值为4kHz,大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。
这样,放大器的频率响应也就很狭窄,其3dB截止频率通常在10kHz左右,大大影响了音乐中高频信号的重现。
再加上功放管的耐压、电流和功耗三个指标相互制约,制作较大功率的OTL或OCL放大器不易寻到三个指标都满足要求的管于,所以不得不采用变压器耦合输出。
变压器的相移又使电路中加深度负反馈变得很困难,谐波失真得不到充分的抑制,因此这一时期的晶体管放大器音质是很差的。
“还是胆机规声”,这种看法的确事出有因。
二、晶体管功放的发展和互调失真随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路(图一)。
最初的大功率PNP管是锗管,而NPN管是硅管,两者的特性差别非常显着,电路的对称性很差,人们更多采用的是图二所示的准互补电路,通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。
到了六十年代末,大功率的PNP硅管商品化的时候,互补对称电路才得到广泛的应用。
元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃,在主观音质评价方面,也改变了过去人们对晶体管功放的看法,无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放,晶体管功放都被大量地采用,首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。
在商品化的晶体管扩音机中,相继出现了一些摧琛夺目的名机,如JBL的SA600,Marantz互补对称电路MOdel15等等。
电子电路中的功率放大技术电子电路中的功率放大技术是电子工程中非常重要的一部分,它广泛应用于各种电子设备中,包括放大器、音频设备、无线电设备等。
本文将为大家介绍功率放大技术的相关概念、原理、实现步骤以及常见的应用。
一、概念介绍1. 功率放大的作用:功率放大是指将输入信号的功率放大到较大的输出功率,从而增强信号的能量。
这对于一些需要增加信号强度的应用非常重要。
2. 功率放大器的定义:功率放大器是一种电子设备或电路,它可以将弱信号放大为较强的信号,同时保持信号的形状不发生明显变化。
二、原理解析1. 放大器的基本原理:放大器是由一个或多个有源器件(如晶体管、场效应管等)以及其他被动器件(如电阻、电容等)组成的。
有源器件能够通过外部电源提供能量进行放大。
2. BJT放大器:双极型晶体管(BJT)是常用的功率放大器中使用的一种器件。
通过调节输入电压或电流,可以控制BJT放大器的输出信号。
3. MOSFET放大器:金属氧化物半导体场效应管(MOSFET)是另一种常用的功率放大器中使用的器件。
它具有高输入电阻和低输出电阻的特点,适用于高频放大。
4. 功率放大器的分类:功率放大器可以根据输入输出信号的类型(模拟信号、数字信号)、工作状态(线性放大器、非线性放大器)等进行分类。
三、实现步骤1. 确定需求:首先需要明确所需放大的信号类型(模拟信号或数字信号)、放大倍数以及功率要求等。
2. 选择器件:根据需求选择合适的放大器器件,如BJT、MOSFET、集成放大器等。
3. 电路设计:根据所选的器件特性和需求进行电路设计,包括电源供电电路、输入输出阻抗匹配电路等。
4. PCB设计:将电路设计转化为电路板布局和元件连接,注意布局布线的合理性和规范性。
5. 元件选择与焊接:根据设计需求选购合适的元器件,并进行焊接工作。
6. 测试调试:完成焊接后,进行电路测试和调试,确保电路的正常工作和实现预期的功率放大效果。
7. 优化改进:根据测试结果,对电路进行优化和改进,以达到更好的功率放大效果。
流行大功率IC放大器的比较及应用朱军摘自《无线电与电视》2009年第8期中国音响DIY论坛JXEPPFYB手打贡献摘要:一.6片IC简介本文将为大家介绍现在流行的6款IC音频功率放大器,分别是美国国半公司的LM1875、LM4766、LM3886(LM4780)以及ST意法公司的TDA9293和TDA7294,它们的标称输出功率在30~100W范围内,适用于家用高保真音频功率放大器。
采用这几款IC的功放具有元件少、调试简单的特点,功率、音质与一般的分立元件功放相比毫不逊色,因此一直受到广大DIY 发烧友,特别是初学者的喜爱。
JeffRowland的基于LM3886、TDA7293的功放跻身世界优秀功放之林,更证明了功率IC本身性能之优异。
关键词:音频功率放大器功率IC TDA7294 TDA7293 应用 LM1875 LM4766 LM3886一、6片IC简介本文将为大家介绍现在流行的6款IC音频大功率放大器,分别是美国国半公司的LM1875、LM4766、LM386(LM4780)以及ST意法公司的TDA7293、TDA7294,它们的标称功率在30~100W范围内,适合于家用高保真音频放大器。
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功率放大器应用及示例功率放大器是一种电子设备,用于将输入信号的功率放大到更高的水平。
它在许多领域和应用中都起着至关重要的作用。
下面将详细介绍功率放大器的应用及示例。
一、音频应用:功率放大器在音频设备中非常常见。
它们用于将弱音频信号放大到足够大的水平,以供扬声器播放。
以下是一些常见的音频应用示例:1.音响系统:功率放大器被广泛应用于音响系统中,用于放大各种音频信号,包括音乐、语音等。
这些放大器通常与扬声器和混音器一起使用,使用户能够在大型音频活动中获得更好的音质和音量。
2.家庭音响系统:功率放大器也被广泛应用于家庭音响系统中,提供高质量的音频体验。
它们可以用于连接电视、收音机、CD播放器等设备,将低音量的输入信号放大到适当的水平。
3.汽车音响系统:功率放大器在汽车音响系统中起着至关重要的作用。
它们被用来放大来自汽车无线电或其他音频源的信号,以提供更高质量的音乐体验。
二、通信应用:功率放大器在通信系统中也有重要的应用。
它们通常用于放大无线通信系统中的射频信号,以增加通信距离和信号质量。
以下是一些通信应用示例:1.无线电通信:功率放大器用于放大无线电发射机的输出信号,使其能够覆盖更大的区域。
无线电通信设备,例如无线电报、无线电电话、卫星通信等,都使用功率放大器来提高信号的强度和可靠性。
2.雷达系统:功率放大器在雷达系统中起着至关重要的作用。
雷达系统通过发射和接收电磁波来检测和跟踪目标。
功率放大器用于放大雷达系统发射机的输出信号,以增加雷达的探测距离和精度。
三、医疗应用:功率放大器在医疗设备中也有许多应用。
以下是一些医疗应用示例:1.心电图机:心电图机用于记录和显示患者的心电图。
功率放大器在心电图机中起着放大心电信号的作用,以便医生能够更清晰地分析和判断患者的心脏情况。
2.超声波医学成像:超声波医学成像是一种常见的影像诊断技术。
功率放大器在超声波成像设备中用于放大回波信号,以获得清晰的图像。
四、空调及电力工业应用:功率放大器在空调及电力工业中有广泛的应用。
功率放大电路的特性与应用功率放大电路是电子领域中一种重要的电路类型,其主要功能是将输入信号的功率进行放大,以满足实际应用需求。
本文将探讨功率放大电路的特性和应用,并介绍几种常见的功率放大电路。
一、功率放大电路的特性1. 高功率输出:功率放大电路的主要特点之一是能够实现高功率输出。
通过适当的设计和调节,功率放大电路可以将输入信号的功率放大多倍,从而满足大功率信号的需求。
2. 低失真:功率放大电路在放大信号的过程中要尽量避免引入失真。
通常情况下,采用线性放大器可以实现较低的失真,确保输出信号与输入信号基本一致。
3. 宽频带:功率放大电路通常需要具备较宽的频率响应范围,以适应不同频率信号的放大需求。
这要求功率放大电路的元件和参数选择要合理,能够在较宽的频率范围内保持稳定的放大性能。
4. 高效率:功率放大电路的电源利用效率是一个重要的指标。
高效率的功率放大电路可以有效利用电源能量,减少能量损耗,并且可以降低电路的发热量。
二、功率放大电路的应用1. 音频功放:音频功放是功率放大电路的一种常见应用。
它用于音响系统、收音机和电视等设备中,将音频信号放大到足够的功率,以驱动扬声器产生清晰、高质量的声音。
2. 射频功放:射频功放广泛应用于通信系统中,如无线电台、手机基站等。
它们能够将射频信号放大到足够的功率,以确保信号在传输过程中的稳定性和可靠性。
3. 工业控制:功率放大电路在工业控制领域也有广泛的应用。
例如,用于驱动电机的功率放大电路能够将控制信号放大到足够的功率,以实现电机的精确控制。
4. 激光器驱动:激光器驱动电路需要提供稳定的电流和电压来驱动激光二极管。
功率放大电路能够将微弱的控制信号放大到足够的功率,以满足激光器的工作需求。
5. 无线充电:功率放大电路在无线充电系统中扮演着重要的角色。
它能够将输入电源的信号放大到足够的功率,以实现对电池的高效充电。
三、几种常见的功率放大电路1. BJT功放:双极型晶体管(BJT)功率放大电路是一种常见的功率放大电路。
功率放大电路的原理与应用1. 引言功率放大电路是电子工程中常见的一个概念,它能够将小信号放大为大功率输出,广泛应用于各种电子设备中。
本文将介绍功率放大电路的原理和应用。
2. 原理功率放大电路的工作原理是利用输入的小信号,通过放大器将其放大为较大的输出信号。
它通常由两个主要部分组成:输入级和输出级。
2.1 输入级输入级是功率放大电路的第一个级别,它接收输入信号并将其放大。
输入级通常由一个小信号放大器组成,例如晶体管或场效应管。
输入级的任务是将输入信号放大至足够的水平,以便进一步的放大。
2.2 输出级输出级是功率放大电路的最后一个级别,它将输入级放大的信号进一步放大,并提供足够的功率驱动负载。
输出级通常由功率放大器组成,例如功率晶体管或功率放大器模块。
输出级的任务是将输入级放大的信号转化为高功率输出信号。
3. 应用功率放大电路在各个领域都有广泛的应用。
以下是一些常见的应用场景:3.1 音频放大器音频放大器是功率放大电路的一种常见应用,它用于将低功率音频信号放大至足够的功率以驱动扬声器。
音频放大器通常具有高保真度和低失真的特点,以确保音频信号能够保持原始的音质。
3.2 射频放大器射频放大器是功率放大电路在射频领域的应用。
它通常用于无线通信系统中,将射频信号放大至足够的功率以便传输远距离。
射频放大器需要具备高功率输出和较高的线性度,以确保信号传输的可靠性和质量。
3.3 激光器驱动电路激光器驱动电路使用功率放大电路来驱动激光器,将输入信号转化为激光光束输出。
激光器驱动电路需要高功率输出和瞬态响应特性,以确保激光器的稳定工作和快速响应。
3.4 电源放大器电源放大器是功率放大电路的一种特殊应用,它用于将低电压的电源信号放大至足够的电压和电流以供应大功率设备。
电源放大器通常用于音响设备、电视机和电脑等家用电器中。
4. 总结功率放大电路是电子工程中重要的一部分,它能将小信号放大为大功率输出。
本文介绍了功率放大电路的原理和应用,包括输入级和输出级的功能,以及在音频、射频、激光器驱动和电源放大器等领域的应用场景。
射频功率放大器的研究现状与应用和分类1射频功率放大器的研究现状随着人类社会进入信息时代,无线通信技术有了飞速的发展,尤其是射频微波通信技术的产生和发展无疑对无线通信技术的发展起到了决定的作用。
高频电磁波具有一些频率低端无法比拟或无法实现的特点和优点,如微波、毫米波能够穿透地球大气电离层,实现航天通信,所以开发射频微波通信具有现实意义。
频率高端中的微波频段是目前研究与应用的热点,这导致了射频有源电路研制的繁荣。
在几乎所有的射频微波系统中,都离不开对信号的放大,射频放大器在有源电路中占据了突出的位置。
射频固态功率放大器(RF PA)由于具有工作电压低、尺寸小等优点,广泛应用在卫星通信、移动通信、雷达和电子战以及各种工业装备中。
随着无线通信和军事领域新标准新技术的不断发展,日益要求提高射频功率放大器的性能,使之在更宽频带内,具有更高的输出功率、效率和可靠性。
例如在通信基站中,因为CDMA基站采用四相相移键控(QPSK)技术,需要对多路载波同时放大,此时信号幅度将随时间剧烈变化,要求峰-均比达10~13 dB,所以要求PA具有较高的线性度;在第三代移动通信系统(3G)中,要求数据传输速率达到2M bit/s,单个信号的带宽达5MHz,这就需要PA具有宽带特性;为了降低通信运营商的运营成本,减小冷却成本,易于热控制,就要求提高PA的效率;为了减小功率放大的级数和功率管的使用数量,以更低的功率进行驱动,降低成本,就要求提高放大器的增益;为了增加通信基站的覆盖范围,减小固定区域内所需要设置的基站以节约成本,同时减小电路的尺寸和重量,就要求提高PA的输出功率。
所有的这些问题,对射频功率放大器的设计提出了新的要求[1]。
近五十年来射频器件和射频技术的不断发展是推动射频功率大器发展的两大因素。
射频器件的发展使射频功率放大器的发展成为可能,射技术的发展使射频功率放大器的性能不断得到提高。
(1)在射频器件方面:1948年Shockley.Bardeen等人发明双极晶体管(BJT)及1952提出结型场效应管(JFET)以后,硅双极晶体管开始应用于射频微波领域,从而可以对从几百兆赫(UHF)到Ka波段的信号进行放大;70年代以后,GaAs单晶及其外延技术获得突破,GaAs肖特基势垒栅场效应晶体管(GaAs MESFET)研制成功,由于GaAs材料载流子迁移率高、禁带宽度大,从而使射频微波功率放大器具有高频率、低噪声、大功率等一系列优点.进入80年代,由于分子速外延技术和有机金属化学沉技术的进展,超薄外延层的厚度及杂质浓度得以精确控制,使异质结器件迅速发展,由ALGaAs/GaAs或InP/InGaAs组成的异质结双极晶体管(HBT)相续研制成功,采用这些器件设计射频功率放大晶体管,使射频固态功率放大器的工作频率达到毫米波频段;到90年代,激增了多种新型固态器件,如高电子迁移管(HEMT),假同晶高电子迁移管(PHEMT),异质结场效应管(HFET)和异质结双极管(HBT),同时使用了多种新材料如InP,SiC及CaN等。
功放电路分析及应用功放电路是一种用来放大音频信号的电路,常用在音频设备、放大器、音箱等电子产品中。
它的作用是将低功率的音频信号放大到足够大的功率,以驱动扬声器产生声音。
下面将详细分析功放电路的原理和应用。
功放电路通常包括输入级、放大级和输出级三个部分。
输入级负责接收音频信号并将其转化为电压信号,放大级负责放大电压信号,输出级将放大后的信号驱动扬声器产生声音。
其中,放大级是功放电路的核心部分。
放大级通常采用晶体管或管子作为放大元件,分为B类、AB类、A类等几种。
B类放大级通常采用节省功耗的方法,但输出的失真较大;AB类放大级在节省功耗的同时,尽量减小输出的失真;而A类放大级输出的失真较小,但功率效率较低。
根据实际需求,可以选择不同类型的放大级。
在功放电路中,还常用到负反馈技术。
负反馈是通过从放大级输出回馈一部分信号到输入级,达到减小失真、提高稳定性的效果。
负反馈可以通过降低放大级的放大倍数来控制输出的失真程度,但也会降低放大级的功率效率。
功放电路的应用十分广泛。
在家庭音响系统中,功放电路负责将来自CD、MP3等音源的音乐信号放大,并驱动音箱产生高品质的声音。
在影院音响系统中,功放电路可以将音频信号放大到足够的功率,使观众获得沉浸式的音响体验。
功放电路也应用于专业音频设备中,如舞台音响、录音棚设备等。
在舞台音响中,功放电路可以为麦克风和乐器提供足够的放大力度,以确保演出的声音传达到全场。
在录音棚中,功放电路可以放大音频信号,并接入电脑或录音设备,进行混音、剪辑等后期制作。
此外,功放电路还有一些特殊的应用。
例如,在车载音响系统中,功放电路被用来放大汽车音频信号,带来更好的音质和音量。
在无线电通信系统中,功放电路用于放大无线电信号,以提高通信距离和质量。
总之,功放电路是一种重要的电子电路,用于放大音频信号并驱动音箱或扬声器。
通过合理选择放大级的类型和使用负反馈技术,可以获得高质量、高效率的音频放大效果。
功率放大器的应用领域
功率放大器是一种能够将低功率信号变换为高功率信号的电子设备,其应用领域非常广泛。
功率放大器的主要应用领域如下:
1. 音频放大器:功率放大器可用于音频放大器中,用于放大音频信号,使其能够驱动扬声器等音箱设备。
2. 无线电设备:功率放大器可用于无线电设备中,用于放大调制信号和射频信号,提高无线电设备的输出功率和传输距离。
3. 激光器:功率放大器可用于激光器中,用于放大激光信号,提高激光器的输出功率和功率密度,使其能够更好地应用于医疗、工业等领域。
4. 通信设备:功率放大器可用于通信设备中,用于放大信号,提高通信设备的传输距离和传输速率。
5. 医疗设备:功率放大器可用于医疗设备中,如超声波设备、磁共振设备等,用于放大信号,提高设备的输出功率和灵敏度。
6. 工业设备:功率放大器可用于工业设备中,如电焊机、电镀机等,用于提高设备的输出功率和效率。
总之,功率放大器的应用领域非常广泛,几乎涵盖了电子技术的所有领域。
随着科学技术的不断发展,功率放大器的应用领域将会越来越广泛。
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电路中的功率放大器原理与应用功率放大器作为电子设备中的重要组成部分,在电路设计和应用中占据着重要地位。
本文将介绍功率放大器的原理和应用,并探讨其在电子领域中的重要性。
一、功率放大器的原理功率放大器是一种电子电路,其作用是将输入信号的功率增大到输出端,以满足实际需求。
功率放大器的原理主要包括以下几个方面:1. 放大原理:功率放大器通常利用晶体管或集成电路等元件,通过放大输入信号的幅度,从而实现功率的放大。
2. 输入和输出阻抗匹配:为了保证功率的传输效率,功率放大器需要实现输入和输出端的阻抗匹配。
通过合理的电路设计和阻抗匹配,可以有效减少能量的损耗。
3. 直流和交流偏置:功率放大器中的元件通常需要合理的直流和交流偏置,以保证电路的正常工作和信号的准确放大。
二、功率放大器的应用功率放大器在电子领域有着广泛的应用,其中一些常见的应用包括:1. 音频放大器:功率放大器被广泛应用于音频设备中,用于放大音频信号,以提供更高的音量和更好的音质。
例如,音响设备和汽车音响系统中常用的功率放大器。
2. 射频放大器:功率放大器在无线通信系统中扮演着重要角色,用于放大射频信号,以增强信号的传输距离和质量。
例如,手机和无线电设备中常用的功率放大器。
3. 工业应用:功率放大器在工业领域中也有广泛应用,例如激光器和雷达系统等,这些应用要求高功率放大器来满足大功率输出的需求。
4. 医疗和科研领域:功率放大器在医疗设备和科研实验中也有重要作用,例如在生物医学影像设备和激光研究中的应用。
总结:功率放大器在电子设备和通信系统中起着至关重要的作用。
理解功率放大器的原理和应用,对于电路设计和实际应用都具有重要价值。
通过合理选择元件、设计电路和匹配阻抗,可以实现功率的有效放大,并满足不同领域的需求。
希望本文对读者了解功率放大器的原理和应用有所帮助,为他们在电子领域的学习和实践提供一定的指导。
通过深入研究和实际应用,功率放大器这一电子设备的重要组成部分将继续发挥着重要的作用。
功率放大电路的发展及目前主流功放的应用功率放大器的发展历程:一、早期的晶体管功放半导体技术的进步使晶体管放大器向前迈进了一大步。
自从有了晶体管,人们就开始用它制造功率放大器。
早期的放大器几乎全用锗管来制作,但由于锗管工艺上的一些原因,使得放大器中所用的晶体管,尤其是功放管性能指标不易做得很高,例如,共发射极截止频率fh的典型值为4kHz,大电流管的耐压值一般在30V一40V左右。
这样,放大器的频率响应也就很狭窄,其3dB截止频率通常在10kHz左右,大大影响了音乐中高频信号的重现。
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“还是胆机规声”,这种看法的确事出有因。
二、晶体管功放的发展和互调失真随着半导体工艺的逐渐成熟,大电流、高耐压的晶体管品种日益增加,越来越多的功率放大器采用了无输出变压器的OCL电路或OTL电路(图一)。
最初的大功率PNP管是锗管,而NPN管是硅管,两者的特性差别非常显着,电路的对称性很差,人们更多采用的是图二所示的准互补电路,通过小功率硅管Q1与一只大功率的NPN硅管Q2复合,得到一只极性与PNP管类似的大功率管,降低了电路因对称性差而招至的失真。
到了六十年代末,大功率的PNP硅管商品化的时候,互补对称电路才得到广泛的应用。
元器件的进步使晶体管功率放大器的技术指标产生了质的飞跃,在主观音质评价方面,也改变了过去人们对晶体管功放的看法,无论是在厅堂扩音、电台节目制作还是家庭重放,晶体管功放都被大量地采用,首次在数量上以压倒性的优势超过了电子管功放。
在商品化的晶体管扩音机中,相继出现了一些摧琛夺目的名机,如JBL的SA600,Marantz互补对称电路MOdel15等等。
尽管电子管的拥护者仍大量存在,人们毕竟能够比较公正地看待晶体管放大器了,认为晶体管机频响宽阔,层次细腻,与电子管机比较起来有一种独特的舱力,而不是简单的谁取代谁的问题。
瞬态互调失真的提出是认识上的一次飞跃七十年代,功率放大器的发展史中出现了一件最引人注目的事情,这就是瞬态互调失真(Transientlntermodulation)及其测量方法的提出。
1963年,芬兰Helvar工厂的一名工程师在制作一台晶体管扩音机时,由于接线失误,使电路的负反馈量减少了,后来却意外地发现负反馈量减少后的音质非常好,客观技术指标较差,而更正错误以后的线路尽管技术指标提高了,音质反而比误接时明显下降。
这一现象引起了当时同一工厂的Mr.Otala的重视,之后,他对此进行了悉心研究,于1970年首先发表丁关于晶体管功率放大器瞬态互调失真(TIM)的论文。
至1971年,Otala博士及其研究小组就TIM失真理论发表的论文已经超过20篇,引起了电声界准互补电路人士的广泛反响。
瞬态互调失真的大意是这样的:在直接耦合的晶体管放大电路中,为了得到很小的谐波失真度和宽阔平坦的频率响应,通常对整体电路施加深达40dB一60dB的负反馈,倘若在加负反馈前放大器的开环失真为10%,那么加上40dB的负反馈后,失真即可降低至0.1%,这是电子管功效难以做到的。
晶体管功放由于要施加40dB。
60dB的负反馈,所以对一台增益要求为26dB的放大器,它的开环增益就要达到66、86dB。
如此高的增益之下引入深度负反馈,电路势必会产生自激振荡,因而需要进行相位补偿,一般是在推动级晶体管的集电极——基极之间接接一个小电容C,破坏自激振荡的相位条件,形成所谓“滞后补偿”,当放大器输入端输入持续时间非常短的过渡性脉冲时,由于电容C需要充电时间,所以推动管集电极电压要经过一段时间延迟方能达到最大值,见图四。
显然,在电容C充、放电期间,输出电压V。
将达不到应有的电压值,输入级也不可能得到应有的反馈电压Vf,因而,在过渡脉冲通过输入级的瞬间,输入级将处于负.反馈失控状态,致使输入级严重过载,输出将严重削波引起过渡脉冲瞬时失真(图五)。
如果过渡脉冲波形上还叠加有正弦信号,输出端还会得到很多输入信号频谱不存在的互调频率成份,这就是TIM失真。
TIM失真和音乐信号也有密切关系,音量大、频率高的节目信号容易诱发TIM失真。
严重的TIM失真反映在听感上类似高频交选失真,而较弱的TIM失真给人以“金属声”的不快感觉,导致音质劣化。
至今,音响界对于TIM失真都还有争议,但这毕竟是人们认识的深化,它使后来放大器的设计思想发生了根本性的变化,即更加注重放大器的动态性能而不是仅仅满足于静态技术指标的提高。
三、功放输入级——差动与共射-共基对称和平衡是电路发展的方向对称和平衡也许是世上事物完美的标志之一。
音乐讲究各声部之间的乎衡与统一,美术以色彩搭配均衡、和谐为美,在服装设计中,常常采取看似不对称的设计,其实质也是为了取得视觉上的均衡。
上面所说的都是艺术,对称和平衡给人一种安定、完美的感觉。
有意思的是,在功率放大器中,对称和平衡也有类似的效果。
最初采用对称设计的例子要算互补对称电路了,一上一下的两只异极性晶体管作推挽输出,不仅可以免除笨重的输出变压器,而且电路的偶次谐波失真在推挽的过程中被抵消了,保真度有了很大提高。
稍后,人们从运算放大器的设计中得到启迪,将左右对称的差动式电路用于功率放木器的输入级,电路的稳定性和线性都得到改善,这时的电路结构如图六所示,这一结构直至今天都还有人采用。
如果以现代的眼光来审评,这一电路是显得过时了一点。
电路的主要缺陷在于电压推动级,因为Q1承担了提供电压增益的主要任务,必然是开环失真很大,频带狭窄。
此图六典型的OCL放大器外,单管放大的过载能力也很差,这一系列的缺点是不利于电路的动态性能的。
围绕着改进电压推动级的性能,人们相继提出了多种结构,共射——共基电路就是一个典型的例子。
共射——共基电路又叫“猩尔曼”电路,它原先是高频电路中广为采用的结构,但用于音频电路中同样可以发挥出色的性能。
首先是它的宽频响,由于共基放大管Qs非常低的输入阻抗,使Q,丧失了电压增益,弥勒效应的影响就非常微弱。
宽频响的推动级拉开了与输入级极点的距离,相位补偿变得很’容易,而且电容C的容量可以大大减小,这对于改善TIM失真是很有利的。
第二个优点是电路的高度线性:共基极电路的输出特性也可以清楚地显示出这一点,有人作过测试,共射一共基电路的失真度比单管共射电路要低一个数量级。
依然是一种不平衡的设计,这一限制来源于输入级。
如果把输入级变动一下,从互补推挽的Q:和Qg的集电极输出信号,那么电压推动级就可以在图七的基础上再增加一组NPN管构成的共射一共基电路,做到推挽输出,这时电路也就非常对称平衡了,几乎达到了完美的程度。
当今许多最先进的功率放大器采用的也是这种电路结构。
图八是另一种电压推动级的形式,其输入信号来自图六中的Ql和Qs,当然此时Qz必须加上集电极负载电阻。
电压推动级也采用对称的差动放大,这不仅可以改善输入级的平衡性,提高放大能力和共模抑制比,而且同样可以降低推动级的失真,因为差动式放大电路当输入在一定的范围内时具有线性的传输特性,有的电路还在Qn、Qz的发射极串人负反馈反阻,更加扩大了线性范围。
Q2和Qd构成镜像电流源,把Q,的集电极电流转移到Qz上,所以尽管是单端输出,电流推动能力却比原来增大了一倍。
PIONEER的M22K功率放大器就是采用的这种电路结构,取得了非常好的效果。
对称和平衡不仅体现在电路的结构上,还表现于元器件的参数上。
差动电路是集成运放中广泛采用的结构,其性能是建立在两只差分管Hrs和Vss精确匹配的基础之上。
同样,推挽电路中,如果两只异极性的晶体管特性不一致时,对波形的两个半周就不能做到一视同仁地放大,这将增力D电路的失真度。
随着节目源的变化,音乐中包含大量瞬变、高能量的成份,要完美地重现这些细节,就要求放大器具有良好的动态响应,对晶体管配对的要求就不仅是静态的HrR和VBE匹配,而且在动态时也要高度匹配,这无疑对元器件参数的平衡提出了更苛刻的要求。
幸运的是,半导体技术的进步为我们提供了这种可能,各种各样的差分对管、晶体管阵列陈出不穷,单个的晶体管一致性也得到较大提高。
正是这些优质的元器件,让对称电路设计的优点得以充分体现,今天看到一台全无负反馈的电路也不会觉得惊讶,因为已经有足够好的开环性能了,又何必为了几个仪器上的数据去牺牲放大电路的动态响应呢?四、放大器的电源与甲类放大器极端重视电源的现代放大器“放大器不过是电源的调制器”,这句话道出了放大的实质。
既然如此,又有什么理由不引起对电源的高度重视呢。
电源部份作为推动扬声器发声的源泉,再也不应象过去那样随便找个整流电源接上了事。
对电源的要求有两个方面,即纹波噪声小,输出能力强。
噪声小比较容易办到,只要加大滤波电容器的容量就可以,但是要做到输出能力强却不简单。
首先要加大电源变压器的容量,这是过去一些放大器生产厂所不乐意的,因为加大电源变压器容量会使成本大量增加,整机的重量和体积也会加大;但现在听小喇叭的人越来越多,这些小喇叭大多效率很低,有些名牌音箱如CelestionSI一6O0或Ro3ersLS3/5a,十分大食难推,再加上现代节目信号中常常出现一些炮弹爆炸,锣鼓敲击的声音,对放大器是一个极为严峻的考验,同样两台100W的放大器,一台可能让你感觉到大炮地动山摇的震撼力,而另一台可能象是破鼓在“咐咐”作响。
目前主流功放的应用:按照使用元器件的不同,功放又有“胆机”[电子管功放],“石机”[晶体管功放],“IC功放”[集成电路功放]。
近年来由于新技术,新概念在胆机中的使用,使得电子管这个古老的真空器件又大放异彩,它的优美的声音,令许多烧友拜倒。
资深的发烧友几乎都有一台。
“IC功放”由于他的音色比不上上两种功放所以在HI-FI功放中很少看到他的影子。
功放大体上可分为三大类“专业功放”“民用功放”“特殊功放”。
“专业功放”一般用于会议,演出,厅,堂,场,馆的扩音。
设计上以输出功率大,保护电路完善,良好的散热为主。
大多数“专业功放”的音色用于HI-FI重放时,声音干硬不耐听。
“民用功放”详细分类又有“HI-FI功放”“AV功放”“KALAOK功放”以及把各种常用功能集于一体的所谓“综合功放”。
“HI-FI功放”就是我们发烧友的功放了,它的输出功率一般大都在2X150瓦以下。
设计上以“音色优美,高度保真”为宗旨。
各种高新技术集中体现在这种功放上。
价格也从千余元到几十万元不等。
“HI-FI功放”又分“分体式”[把前级放大器独立出来],和“合并式”[把前级和后机做成一体]。