音频放大器原理图

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1、音频放大器原理图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。 音 频 放 大 器 简 介进 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

2、 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

3、 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 。 音 频 放 大

4、器 背 景音 频 放 大 器 的 目 的 是 在 产 生 声 音 的 输 出 元 件 上 重 建 输 入 的 音 频 信 号 ， 信 号 音 量 和功 率 级 都 要 理 想 如 实 、 有 效 且 失 真 低 。 音 频 范 围 为 约 20Hz 20kHz， 因 此 放 大器 在 此 范 围 内 必 须 有 良 好 的 频 率 响 应 (驱 动 频 带 受 限 的 扬 声 器 时 要 小 一 些 ， 如 低 音 喇叭 或 高 音 喇 叭 )。 根 据 应 用 的 不 同 ， 功 率 大 小 差 异 很 大 ， 从 耳 机 的 毫 瓦 级 到 TV 或 PC音 频 的 数 瓦 ， 再 到 “

5、迷 你 ”家 庭 立 体 声 和 汽 车 音 响 的 几 十 瓦 ， 直 到 功 率 更 大 的 家 用 和 商 用音 响 系 统 的 数 百 瓦 以 上 ， 大 到 能 满 足 整 个 电 影 院 或 礼 堂 的 声 音 要 求 。 音 频 放 大 器 的 一 种 简 单 模 拟 实 现 方 案 是 采 用 线 性 模 式 的 晶 体 管 ， 得 到 与 输 入 电 压 成比 例 的 输 出 电 压 。 正 向 电 压 增 益 通 常 很 高 (至 少 40dB)。 如 果 反 馈 环 包 含 正 向 增 益 ，则 整 个 环 增 益 也 很 高 。 因 为 高 环 路 增 益 能 改 善

6、性 能 ， 即 能 抑 制 由 正 向 路 径 的 非 线 性 引 起的 失 真 ， 而 且 通 过 提 高 电 源 抑 制 能 力 (PSR)来 降 低 电 源 噪 声 ， 所 以 经 常 采 用 反 馈 。音 频 放 大 器 类 别长 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

7、 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 )， 而 出 现 了 更 多 类 别 的 放 大 器 。 为 了 使 读者 对 此 有 所 了 解 ， 这 里 仅 就 笔 者 所 知 的 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

8、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 。 一 、 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

9、 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

10、 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 。 二 、 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

11、 器 有 99 是 属 于 这 一 类 。 由 于大 家 比 较 熟 悉 ， 这 里 不 作 详 细 介 绍 。 三 、 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 50100 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

12、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 。 四 、

13、 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 。 五 、 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

14、 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

15、特 定 负 载 阻 抗 保 证 平 坦 的 频 率 响 应 。 六 、 E 类 (戊 类 )放 大 器 这 类 放 大 器 ， 是 一 个 极 端 聪 明 的 半 导 体 技 术 应 用 ， 它 在 几 乎 所 有 工 作 时 间 内 ， 通 过的 电 压 或 电 流 是 较 小 的 ， 亦 即 功 率 耗 散 很 低 。 遗 憾 的 是 ， 它 仅 用 于 射 频 技 术 ， 而 不 用 于音 频 。 七 、 F 类 (己 类 )放 大 器 这 类 放 大 器 ， 就 笔 者 目 前 所 知 并 不 存 在 ， 似 乎 是 需 要 补 充 的 空 缺 。 八 、 G 类 (庚 类 )放 大

16、器 这 类 放 大 器 ， 似 乎 与 B 类 (乙 类 )或 AB(甲 乙 类 )的 放 大 器 有 些 类 似 。 对 于 小 的 输出 信 号 ， 它 的 供 电 电 流 来 自 低 电 压 源 ； 而 对 于 大 信 号 ， 供 电 将 转 换 到 较 高 的 电 压 源。 这 样 ， 一 定 比 B 类 (乙 类 )的 效 率 更 高 。 但 是 ， 这 种 改 进 似 乎 不 能 超 越 多 路 输 出 器 件的 成 本 以 及 使 开 关 二 极 管 在 高 频 时 转 换 干 净 利 落 的 技 术 难 点 ， 以 致 使 其 使 用 不 适 合 某 些高 功 率 的 专 业 设 备 。 此 外 ， G 类 (庚 类 )放 大 器 所 产 生 的 失 真 ， 大 概 要 比 相 应 的 B 类 (乙 类 )更 大 ， 但 也 有 资 料 显 示 ， 对 转 换 细 节 进 行 精 心 设 计 ， 将 会 使 其 差 别 较 小 。 九