毕业设计2

1绪论1.1音频放大电路的回顾和展望随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展，如美国CROWN公司的MA-5000VZA功放，其最大输出功率可达4000W/8Ω（桥接，单通道）；完善的可靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作，使得生产者可作3年免维护的保证；插入可编程的输入处理模块USP3；可对1~2000台功放的工作状态进行程控调节和各种参数检测。

各种完善的可靠性保护措施，使它的可靠性大大提高，可与电子管功放媲美。

晶体管功放具有许多宝贵优点，它的失真低于万分之一，但其音质听感总不如电子管功放那么逼真，细腻，尤其是在表现瞬态变化快而清脆的打击乐，弦乐和浑厚回荡的钢琴曲方面感觉最明显。

20世纪80年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异及解决办法。

电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。

晶体管是一种电流控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢，这是最基本的差别。

80年代中期欧洲首先推出了采用MOSFET音频场效应管功放。

MOSFET场效应晶体管既具有晶体管的基本优点。

但使用不久发现这种功放的可靠性不高（无法外电路保护），开关速度提高得不多和最大输出功率仅为150W/8Ω等。

90年代初，MOSFET的制造技术有了很大突破，出现了一种高速MOSFET大功率开关场效应晶体管。

西班牙艺格公司（ECLER）经多年研究，攻克了非破坏性保护系统的SPM专利技术，推出了集电子管功放和晶体管功放两者优点结合的第3代功放产品，在欧洲市场上获得了认可，并逐步在世界上得到了应用。

第3代MOSFET功放的中频和高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放差一些，此外MOSFET开关场效应管容易被输出和输入过载损坏。

数字功放的概念早在20世纪60年代就有人提出了，由于当时技术条件的限制，进展一直较慢。

1983年，M.B.Sandler等学者提出了D类放大的PCM（脉码调制）数字功放的基本结构。

主要技术要点是如何把PCM信号变成PWM（脉冲调宽信号）。

美国Tripass公司设计了改进的D类数字功放，取名为“T”类功1999年意大利POWERSOFT公司推出了数字功放的商业产品，从此，第4代音频功率放大器，数字功放进入了工程应用，并获得了世界同行的认可，市场日益扩大，最终将替代各类模拟功放。

1.2音频功率放大电路的简介音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。

然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。

主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。

为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。

从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。

陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD 等等。

所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的，都希望能够有较长的使用寿命。

就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。

它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。

因为，功率越大，效率也就越重要。

而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。

在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。

这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

1.3 音频放大器分类长期以来，高品质音频放大器的工作类别，只限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。

其原因在于过去只有电子管这样的器件，B类(乙类)电子管放大器产生的失真使它们甚至在公共广播用时都难于被人们所接受。

所有的自称为高保真放大器均工作于推挽式的A类(甲类)。

随着半导体器件的出现和发展，放大器的设计得到了更多的自由。

就放大器的类别而言，已不限于A类(甲类)和AB类(甲乙类)。

这里将各种类别的放大器简介如下。

不过需要指出，就目前来说用于音频功率放大器的工作类别，A类(甲类)、AB类(甲乙类)和B类(乙类)这三类放大器仍覆盖着半导体放大器的绝大多数。

1.3.1 A类(甲类)放大器A类(甲类)放大器，是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。

这种放大器，由于避免了器件开关所产生的非线性，只要偏置和动态范围控制得当，仅从失真的角度来看，可认为它是一种良好的线性放大器。

A类放大器在结构上，还有两类不同的工作方式。

其中一类是将两个射极跟随器相联工作，其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过，而不使任一器件截止。

这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流，如果负载阻抗低于标定值，放大器会短期出现截止现象，在失真上可能略有增加，但不致出现直感上的严重缺陷。

另一类可称作为控制电流源型(VCIS)，它本质上是一个单独的射极跟随器，并带有一个有源发射极负载，以达到合适的电流泄放。

这一类作为输出级时，需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。

1.3.2 B类(乙类)放大器B类(乙类)放大器，是指器件导通时间为50％的一种工作类别。

这类放大器可以说是最为流行的一种放大器，也许目前所生产的放大器有99％是属于这一类。

1.3.3 AB类[甲乙类)放大器AB类(甲乙类)放大器，实际上是A类(甲类)和B类(乙类)的结合，每个器件的导通时间在50—100％之间，依赖于偏置电流的大小和输出电平。

该类放大器的偏置按B类(乙类)设计，然后增加偏置电流，使放大器进入AB类(甲乙类)。

AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时，两个输出器件皆导通，其状态工作于A类(甲类)；当电平增高时，两个器件将完全截止，而另一个器件将供给更多的电流。

这样在AB类(甲乙类)状态开始时，失真将会突然上升，其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。

不过笔者认为，它的正当使用在于它对A类(甲类)的补充，且当面向低负载阻抗时可继续较好地工作。

1.3.4 C类(丙类)放大器C类(丙类)放大器，是指器件导通时间小于50％的工作类别。

这类放大器，一般用于射频放大，很难找到用于音频放大的实例。

1.3.5 D类(丁类)放大器这类放大器，其特点是断续地转换器件的开通，其频率超过音频，可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为脉宽调制(PWM)，其效率在理论上来说是很高的。

但是，实际困难还是非常大的，因为200kHz的高功率方波是不是好的出发点尚不清楚；从失真的角度来看，为保证采样频率的有效性，必须将一个陡峭截止频率的低通滤波器插入放大器与扬声器之间，以消除绝大部分的射频成分，这至少需要4个电感(考虑立体声)，成本自然不会低。

此外，表现在频响方面，它只能对某一特定负载阻抗保证平坦的频率响应。

1.3.6放大器的电源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 Celestion SI一6O0或 Ro3ers LS3／5a，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。

所以现代优质的功率放大器的电源储备量十分惊人，往往采用巨大的环形变压器，再配合容量达数万甚至数十万徽法的电容器，以提高电源的瞬时供应能力。

KRELI的功率放大器号称“功率发动机”，如 KSA一250功效，在8Ω时输出功率为250W／每声道，4Ω时为500W，2Ω时为1000W，lΩ时为2000W，而且任何状态下失真均小于0.1％，真是惊人！ MarkLevi2zson的产品也是极端重视电源的典范。

提高电源的质量，不仅是量的加大，还有质的提高。

滤波电容是一个关键，它除了起平滑滤波和储能的作用以外，还是音频信号的通路，因此优质放大器中常常采用专门为音响用途而生产的电容器，以求获得更好的音质。

KRELLKAS放大器中，电源部份竟然采用稳压电源供电，这台机器可以在纯甲类状态下输出400W的功率，为此，其电源部份也付出了采用60只大功率晶体管的代价。

2放大器常见名词2.1 输出功率输出功率是指功放电路输送给负载的功率。

目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一，使用时注意。

额定功率（RMS）它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率（严格说是正弦波信号）。

经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。

很显然规定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。

最大输出功率当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率音乐输出功率（MPO）音乐输出功率MPO是英文Music Power Outpur的缩写，它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。

音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲；有的功放却显得力不从心底气不足。

为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。

峰值音乐输出功率（PMPO）它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。

通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率，音乐输出功率大于最大输出功率，最大输出功率大于额定输出功率，经实践统计，峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。

2.2 频率响应频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不底于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。