icspec 硬件工程师必须掌握的音频功放电路大全
作为硬件工程师，特别是做纯粹模拟电路、应用于音频功放的工程师，对于A类，B类，AB类，D类，G类，H类，T类功放应该特别熟悉。大多数工程师或许只知道其中的一部分、或者知道大概，为了让更多的工程师掌握更加详尽的音频功放知识，下文对以上说的音频功放做详细的说明。
功放，顾名思义，就是功率放大的缩写。与电压或者电流放大来说，功放要求获得一定的、不失真的功率，一般在大信号状态下工作，因此，功放电路一般包含电压放大或者电流放大电路没有的特殊问题，具体表现在：①输出功率尽可能大；②通常在大信号状态下工作；③非线性失真突出；④提高效率是重要的关注点；⑤功率器件的安全问题。而对于音频功放电路，也需要注意以上的问题。
根据放大电路的导电方式不同，音频功放电路按照模拟和数字两种类型进行分类，模拟音频功放通常有A类，B类，AB类， G类，H类 TD功放，数字电路功放分为D类，T类。下文对以上的功放电路做详细的介绍和分析。
01 A类功放(又称甲类功放)
A类功放如上图所示，在信号的整个周期内都不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。但是A类放大器工作时会产生高热，效率很低。尽管A类功放有以上的弊端，但固有的优点是不存在交越失真，并且内部原理存在着一些先天优势，是重播音乐的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高频透明开扬，中频饱满通透的优点。单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。
02 B类功放(又称乙类功放)
B类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两个晶体管轮流放大输出的一类放大器，每一晶体管的导电时间为信号的半个周期，通常会产生我们所说的交越失真。通过模拟电路的调整可以将该失真尽量的减小甚至消失。B类放大器的效率明显高于A类功放。
03 AB类功放(又称甲乙类)
AB类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个晶体管导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。因此AB类功放有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。
04 D类功放(又称丁类功放)
D类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具体工作原理如下：D类功放采用异步调制的方式，在音频信号周期发生变化时，高频载波信号仍然保持不变，因此，在音频频率比较低的时候，PWM的载波个数仍然较高，因此对抑制高频载波和减少失真非常有利，而载波的变频带原理音频信号频率，因此也不存在与基波之间的相互干扰问题。许多功率高达1000W的丁类放大器，体积只不过像VHS录像带那么大。这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中有较多的应用。
05 G类功放
G类功放为一种多电源的AB类功放的改进形式。G类功放充分利用了音频都具有极高峰值因数 (10-20dB) 的这一有利条件。大多数时候，音频信号都处在较低的幅值，极少时间会表现出更高的峰值。下图是G类功放集成IC的一个典型功能框图。
G类放大器使用自适应电源轨，并利用一个内置降压转换器来产生耳机放大器正电源电压。充电泵对放大器正电源电压进行反相，并产生放大器负电源电压。这样便让耳机放大器输出可以集中于0V。音频信号幅值较低时，降压转换器产生一个低放大器负电源电压。这样便在播放低噪声、高保真音频的同时最小化了G类放大器的功耗，相比传统的AB类耳机放大器，G类放大器拥有更高的效率。
该类功放的放大原理与AB类功放放大相同，一个重要特点是供电部分采用两组或者多组电压，低功率运行使用低电压，高功率自动切换到高电压。
06 H类功放
该类功放的放大电路部分与AB类功放的原理相同，但是供电部分采用可调节多级输出电压的开关电源，自动检测输出功率进行供电电压的选择。
07 K类功放
K类功放是集成了内部自举升压电路和各种功放电路，大家都知道D类功放只是众多功放电路中其中一种效率比较高的数字功放，而K类功放只是根据需要将内部集成的自举升压电路和所需求的功放电路，如果需求效率高就加D类功放，要音质好就加AB类功放。
08 T类功放
该类功放的原理与D类功放的原理相同，但是信号部分采用DDP技术(核心是小信号的适应算法和预测算法)。工作原理如下：音频信号进入扬声器的电流全部经过DDP进行运算处理后控制大功率高频晶体管的导通或者关闭，从而达到音频信号的高保真线性放大。该类功放具有效率高、失真小，音质可以与AB类功放媲美的一类功放。
上图是TA2020的内部模块构造，从上图上可以看出，该芯片内部主要集中了处理和调制模块，从而实现高品质音频的特性。
09 TD类功放
该类音频功放的放大部分与AB类功放原理相同，但是供电部分采用完全独立的高精度可调节无级输出的可调节数字电源，电压递进值为0.1V，自动检测功率来调节电压的升高或者降低。该类功放由于需要高精度可调节的数字电源，需要对电源有专门的设计，而不能集中在一个芯片上，因此，该类功放主要使用在高级音响上，而电路也比较复杂。
对于后面6、7、9类功放需要特殊的电源，因此不能将功能集中在一片IC上。而对于经典的A类，B类，AB类和D类功放有专门的IC。再实际的设计中，需要各种类型的，应用在不同领域的功放电路，只需要以此为基础，外加相应的电源或者处理模块。
功放常用的元器件知识
玩音响是一个系统工程，DIY功放同样如此，除考虑成本外，还要考虑元器件的采购与选配，以及相关器件与各种板卡的装配，不是随便购买器件就可用的。
1、ZY~01型散热器
在专业音响领域，专业散热器大量使用，如下图所示为ZY~01型散热器的外观图。
其中图上为内侧页面，图下为外侧页面与页面宽度。该散热器分A、B两款，A款内部叶面高度为90mm，外部叶面高度为120mm, 叶面厚度为65mm。B款内部叶面高度为60mm，外部叶面高度为84mm, 叶面厚度为60mm。
以图所示的散热器为例，其底部可平放在机箱低部，功率管可固定在内侧的叶面上，上下的两个叶面都可安装功率管，功率管可对称安装，如下图所示。
散热器的长度可根据需要截取，比如15cm、30cm、80cm等等，可安装多对大功率管，如图所示。
好思路我们要学习，好器件我们要借鉴，若DIY功放，ZY~01型散热器是一个较好的选项，可能我们不必装配很多对功率管，2~4对大功率管即够，并且可把电压放大级部份电压放大管与电流放大级的中功率预推动管、大功率推动管及温度补偿管与热敏电阻都安装在ZY~01型散热器一起，如下图所示。
站在发烧的角度来看，虽然ZY~01型散热器不能满足部份高烧人士的需求， 但该散热器较实用，我们可以用该散热器直接当作后级功放的侧板用，这时散热器可外露以加强散热。该散热器也可内置在机箱内，左右声道各用一个，方便整体部局，如下图所示。
2、大功率功率管
多数音响发烧友对一些平价易购的器件视而不见，总喜欢购一些炒作的“管王”或“发烧器件”，但“管王”或“发烧器件”都是相对的，是在特定时期或在特定环境下为了某些利益被少数人称呼。在专业音响， 低价的原装小功率管2N5551、2N5401大量使用，发烧友确看不上它，情愿采用贵数十倍售价的小功率发烧管、金封管，不愿从电路上去挖掘潜能。如今发烧管众多，国内市场易购的大功率对管达数十种，但考虑到使用场所不同，优先考率如下5款：2SK1058、2SJ162；2SC5200、2SA1943；NJW0281、NJW0302；2SC3858、2SA1494；MJ15024、MJ15025。部份参数如下：2SK1058、2SJ162：100W、 7A、160V、TO-3P；2SC5200、2SA1943 ：150W、 15A、230V、TO-3P；NJW0281、NJW0302：150 W、15A、260V、TO -3P；2SC3858 2SA1494：200W、17A、230V、MT -200；MJ15024、MJ150 25：250W、16A、250V、TO-3。
由于易购、平价的2SC5200、2SA1943；NJW0281、NJW0302；2SC3858 2SA1494；MJ15024、MJ15025被很多专业音响厂或HIFI音响 生产厂家大量使用。
如上图所示，这些大功率管售价低主要原因是国内这些厂家使用量大，功率管生产厂家特有的销售策略，使其盟主地位多年不被动摇。
3、氧化铝散热片
音响生产厂家多使用矽胶片与云母片作集成IC功放与大功率功放管的绝缘与传热， 如下图所示：
由于售价低，这两种绝缘片被大量使用，矽胶片方便裁剪，导热系数为1 w/m. kz左右，一些小功率集成IC功放大量使用，如TDA2030、LM1875 等等。云母片导热系数为1~2w/m.k，一些大功率对管大量使用，如 2SC5200、2SA1943 与 2SC3858 2SA1494 等等，云母片较脆，需凃导热硅脂配合使用。这几年国内已有厂家开发生产了氧化铝绝缘片，传热性能大幅提高，导热系数为25w/m.k左右，长期工作温度最高可达1480℃，如下图所示，一些高级音响生产厂家使用。
4、电容
A.滤波电容：
这几年国内部份电容器生产厂家为适应市场需求，开发了很多规格的音响用电容。如HS系列容量为4700μF、6800μF、10000μF，耐压 为50V、63V、80V、100V等多种规格的FOR audio电容，还可定制特殊规格的电容。通过材料设计、工艺突破、结合核心电解液添加剂，这些电容有如下特点：低损耗、低E.S.R 、低漏电、耐高纹波电流等特点，85℃带负载寿命5000小时；105℃带负载寿命4000小时。HS系列电容可让音响系统其音效声场清晰、低频更加厚实、中频自然顺滑、高频晶莹透彻更有鲜活感，具有挑战进口名牌电容的实力，主用于HIFI级功放、专业音响电源滤波，如下图所示为国产HS系列 10000UF 80V电容的外观图。
B.CBB电容：
国产金属化聚丙烯轴向电容器即CBB电容，用镀金属聚丙烯膜作为电解质、电极绕制而成，采用镀锡铜线环氧树脂灌封，容量在0.01μF~100μF，耐压在100V~630VDC，损耗角正切值在0.01%~0.08%，在音箱分频与胆机制作大量使用，如下图所示，国产电容具有较高的性价比。
部份采用铜膜或银膜的电容损耗角正切值小于0.005%，能够满足特定用户的需求。
5、变压器：
A.电源变压器
功放电源变压器几乎都是在国内加工生产，为国内专业音响厂订制的大功率变压器铁芯多选用进口整条0.23mm或0.27mm的直纹片或斜纹片卷制，230V输入范围可达到300V不饱合，230V~260V无震动、无牛叫、无噪音。采用无氧铜漆包线绕制线圈，采用无氧铜杆镀银线、或裸铜电子线作引线，外观多采用透明、白色、黑色、聚脂膜、高温黑纱布封装，如图15所示，这类订制的变压器同样可用于DIY HIFI功放。
B.音频变压器:
小功率音频变压器多用来隔离、滤波、声音处理等。
6、功放电压放大模块：
国外很多公司上世纪八十年代与九十年代推出了很多功放驱动模块，可简化电路设计，使生产功放简易很多，在发烧圈STK3048与STK6153较为“受宠”。国内外也有厂家开发出一些音响模块，如马兰士的HDMA电压反馈模块与电流反馈模块。时过景迁，很多模块已退出市场，比较看好的是国内的 LM4702、LME49810与LME49830 ，如下图所示。
特别是LME49810 、LME49830高耐压，最高可达正负100V供电，可输出较高的电压信号，若两路桥接，意味者业余条件下也有可能制作100~1000瓦的大功率功放。可看作LM4702是双声道设计、内部不包含电流放大级预 推动级，也可看LME49810 、LME49830是单声道设计、内部已包含电流放大级预推动级。
7、电子管：
国内库存还有很多国产电子管， 部份电子管用于制作前级或小功率功放， 本报有很 多电路可参考， 部份国产低价冷门管可开发用于音响领域，如图所示。
若较难购到功放推动模块，或者追求各性化的声音，也可采用前胆后石、胆石混合等方案，即用电子管作电压放大推动大功率晶体管制作的0DB功放，国内有少部份商品机采用此方案。
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