功率放大器简介
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功率放大器简介
利用三极管的电流控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放大。
功率放大器,简称“功放”。很多情况下主机的额定输出功率不能胜任带动整个音响系统的任务,这时就要在主机和播放设备之间加装功率放大器来补充所需的功率缺口,而功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
功率放大器的性能指标
(一)、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。
1、额定功率
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。
2、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
3、音乐输出功率
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。
4、峰值音乐输出功率
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。
(二)、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20-20 kHz。国际规定一般音频功放的频率范围是40-16 kHz±1.5dB。
(三)、失真
失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。波形失真的原因和种类有很多,主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。
(四)、动态范围
放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是
放大器的动态范围。实际运用时,该比值使用dB来表示两信号的电平差,高保真放大器的动态范围应大于90 dB。
自然界的各种噪声形成周围的背景噪声,而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大,在通常情况下,将这个强度差称为动态范围,优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真,而在输入弱信号时,有不应被自身产生的噪声所淹没,为此好的音响系统应当具有较大的动态范围,噪声只能尽量减少,但不可能不产生噪声。
(五)、信噪比
信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系,将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数
称为信噪比的大小。
(六)、输出阻抗和阻尼系数
1、输出阻抗
功放输出端与负载(扬声器)所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。
2、阻尼系数
阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。
TDA2030音频功放电路
TDA2030是德律风根生产的音频功放电路,采用V型5 脚单列直插式塑料封装结构。如图所示,按引脚的形状引可分为H型和V 型。该集成电路广泛应用于汽车立体声收录音机、中功率音响设备,具有体积小、输出功率大、失真小等特点。并具有内部保护电路。意大利SGS公司、美国RCA公司、日本日立公司、NEC公司等均有同类产品生产,虽然其内部电路略有差异,但引出脚位置及功能均相同,可以互换。
电路特点:
[1].外接元件非常少。
[2].输出功率大,Po=18W (RL=4Ω)。
[3].采用超小型封装(TO-220),可提高组装密度。
[4].开机冲击极小。
[5].内含各种保护电路,因此工作安全可靠。主要保护电路有:短路保护、热保护、
地线偶然开路、电源极性反接(Vsmax=12V)以及负载泄放电压反冲等。
TDA2030极限参数参数名称极限值单位
电源电压(Vs) ±18 V
输入电压(Vin) Vs V
差分输入电压(Vdi) ±15 V
峰值输出电流(Io) 3.5 A
耗散功率(Ptot)(Vdi) 20 V
工作结温(Tj) -40-+150 ℃
存储结温(Tstg) -40-+150 ℃TDA2030的内部结构与系数指标
典型应用电路:
本电路由于采用了高传真功率集成块TDA2030,使该电路在调试中显得比较简单,不存在令初学者感到头疼的调试问题;与此同时它还具有优良的电气性能:
①输出功率大:在±16V的电源电压下,该电路能在4Ω负载上输出每路不少于15W的不失真功率,或在8Ω负载上输出每路不少于10W 的不失真功率,其相对应的音乐功率分别为30W和20W。
②失真小:放大器在输出上述功率时,最大非线性失真系数小于1%,而频宽却能达到14kHz以上,音域范围内的频率失真很小,具备高传真重放的基本条件。
③噪音低:若把输入端短路,在扬声器1米外基本上听不到噪音,放送高传真节目时有一
种宁静、舒适的感觉;另外由于使用性能优异的功率集成块,放大器的开机冲击声也很小。
该电路所采用的高传真功率集成块TDA2030是意大利SGS公司的产品,是目前音质较好的一种集成块,其电气性能稳定、可靠,能适应常时间连续工作,集成块内具有过载保护和热切断保护电路。
电气性能参数如下:
电源电压Vcc±6V~±18V
输出峰值电流3.5A
功率带宽(-3dB)BW 10Hz~140KHz
静态电流Icco(电源电流)<60μA
谐波失真度<0.5%