一文看懂音频功放的类别有几种
我们常见到的音频功放类别有A类、AB类、D类、H类,还有什么G类和T类,还听说有S类。这些都是为某一种独特的技术命名的。在专业舞台功放领域,采用什么技术的目的都是为了达到高效率,这样才可以得到相对更好的稳定性和低成本,但也相应要更复杂的线路来完成。
功放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:
1.、A类功放(又称甲类功放)
A类功放,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。
2、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。
3、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。
4、D类功放(又称丁类功放)
D类功放也称数字式放大器,具体型号很多,现已大量用于手机、数码产品、平板彩电等电器中,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。
5、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。
6、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。
7、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。
8、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。
9、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。
超大功率产品普遍的采用根据音频信号特性,进行采样比较,并分级控制供电电压的一种技术,也有采用独立电源来完成的,相比AB类能提高最高25%的整机效率,但因为供电被分割切换,这就带来不避免的缺点。
譬如,对滤波电容的一致性提出了较高的要求,电容串联使用,其容量也将减少,滤波效果不理想,其耐用性和稳定性的下降也伴随而来。还有因为采用多级切换供电,也带来其特有的失真——开关失真。反映在音质的表现上就是高频段现出松散、噪、炸耳等的不好的感觉。低频也显得较硬,瘦。因为其电源结构的特点,这限定功率管功耗上没有很好的保护措施,也会令到烧管等现象不时发生。
音频系统中功放机的分类
常常听到人说甲类乙类功放,还有单端挽推,起码中烧的笔者也常常被弄糊涂。究其原因,就是功放的分类标准太多,分类出的功放又相互穿插。特意做了几张图,一 一理清功放分类,希望对大家有所帮助。
按功放中功放管的导电方式不同,可以分为甲类功放(又称A类)、乙类功放(又称B类)、甲乙类功放(又称AB类)和丁类功放(又称D类)。
甲类功放 是指在信号的整个周期内(正弦波的正负两个半周),放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。甲类放大器工作时会产生高热,效率很低,但固有的优点是不存在交越失真。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。
乙类功放 是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器,每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的优点是效率高,缺点是会产生交越失真。
甲乙类功放 界于甲类和乙类之间,推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大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。
丁类功放 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,具有效率高,体积小的优点。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。
按功放输出级放大元件的数量,可以分为单端放大器和推挽放大器。
单端放大器 的输出级由一只放大元件(或多只元件但并联成一组)完成对信号正负两个半周的放大。单端放大机器只能采取甲类工作状态。
推挽放大器 的输出级有两个“臂”(两组放大元件),一个“臂”的电流增加时,另一个“臂”的电流则减小,二者的状态轮流转换。对负载而言,好像是一个“臂”在推,一个“臂”在拉,共同完成电流输出任务。尽管甲类放大器可以采用推挽式放大,但更常见的是用推挽放大构成乙类或甲乙类放大器。
按功放中功放管的类型不同,可以分为胆机和石机。
胆机 是使用电子管的功放。
石机 是使用晶体管的功放。
按功能不同,可以前置放大器(又称前级)、功率放大器(又称后级)与合并式放大器。
功率放大器简称功放,用于增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为后级。
前置放大器是功放之前的预放大和控制部分,用于增强信号的电压幅度,提供输入信号选择,音调调整和音量控制等功能。 前置放大器也称为前级。
将前置放大和功率放大两部分安装在同一个机箱内的放大器称为合并式放大器 ,我们家中常见的功放机一般都是合并式的。
按用途不同,可以分为AV功放,Hi-Fi功放。
AV功放是专门为家庭影院用途而设计的放大器 ,一般都具备4个以上的声道数以及环绕声解码功能,且带有一个显示屏。该类功放以真实营造影片环境声效让观众体验影院效果为主要目的。
Hi-Fi功放是为高保真地重现音乐的本来面目而设计的放大器 ,一般为两声道设计,且没有显示屏。
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。
功放按应用领域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]。一般的讲,在同档次的机型中“分体式”在信噪比,声道分割度等指标上高于“合并机”[不是绝对的]。且易于通过信号线较音。合并式机则有使用方便,相对造价低的优点,平价合并机输出功率一般大都设计在2X100W以下,也有不少厂家生产2X100W以上的高档合并机。
“AV”功放 是近年脱缰而出的一匹黑马,随着大屏幕电视,多种图象载体的普及,人们对“坐在家里看电影”的需求日益高涨,于是集各种影音功能于一体的多功能功放应运而生。“AV”是英文AODIOVIDIO即音频,视频的打头字母缩写。“AV功放”从诞生到现在,经历了杜比环绕,杜比定向逻辑,AC-3,DTS的进程,AV功放的与普通功放的区别,在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器,AC-3,DTS解码器,和五声道功率放大器。以及画龙点睛的数字声场[DSP]电路,为各种节目播放提供不同的声场效果。但是由于AV功放在电路的信号流通环节上,经过了太多而且复杂的处理电路,使声音的纯净度”受到了过多的“染色”,所以用AV功放兼容HI-FI重放时效果不理想。这也是很多HI-FI发烧友对AV功放不肖一顾的原因。
“KALAOK功放” 也是近年发展起来的一种功放。它与一般功放的区别在于“KALAOK功放”有混响器从过去的BBD模拟混响发展到现在的DIGETAL数字混响],变调器,话筒放大器。近年来一些厂家为了市场的需求,把包括AV功放,KALAOK功放在内的各种功能组合成一体即所谓“综合功放”,这是一种大杂烩功放,什么都有,什么也做不好,是一种面向农村的抵挡功放。
“特殊功放”顾名思义就是使用在特殊场合的功放,例如警报器,车用低压功放等等,在此不再介绍。
功放的性能指标
功放的主要性能指标有输出功率,频率响应,失真度,信噪比,输出阻抗,阻尼系数等。
功放输出功率: 单位为W,由于各厂家的测量方法不一样,所以出现了一些名目不同的叫法。例如额定输出功率,最大输出功率,音乐输出功率,峰值音乐输出功率。
功放音乐功率: 是指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。
功放峰值功率: 是指在不失真条件下,将功放音量调至最大时,功放所能输出的最大音乐功率。
功放额定输出功率: 当谐波失真度为10%时的平均输出功率。也称做最大有用功率。通常来说,峰值功率大于音乐功率,音乐功率大于额定功率,一般的讲峰值功率是额定功率的5--8倍。
功放频率响应: 表示功放的频率范围,和频率范围内的不均匀度。频响曲线的平直与否一般用分贝[db]表示。家用HI-FI功放的频响一般为20Hz--20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。一些极品功放的频响已经做到0--100KHZ。
失真度: 理想的功放应该是把输入的讯号放大后,毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较,往往产生了不同程度的畸变,这个畸变就是失真。用百分比表示,其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0。03%--0。05%之间。功放的失真有谐波失真,互调失真,交叉失真,削波失真,瞬态失真,瞬态互调失真等。
信噪比: 是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比,用db表示,这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。
输出阻抗: 对扬声器所呈现的等效内阻,称做输出阻抗。
一台功放的性能指标完好不一定证明有好的音色,这是初烧友必须认识到的。这也是众多发烧友苦苦探索追求的
文章来源:网络整理
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