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。
以苹果手机为例讲解智能手机工作原理 一通则百通、百通则万通
智能手机单元电路如果笼统的来划分笔者认为可分为两大部分:
1)以应用处理器(AP)为核心的逻辑部分;
2)以基带处理器(BP)为核心的通讯部分;
我们把智能手机整机电路按重要程度再稍加细分的话又可分为:整机供电电路,逻辑控制电路,用户界面电路,射频通讯电路以及传感器电路;
如果按电路功能细分的话又可分为:电源管理电路、开机电路、硬盘电路、I2C总线控制电路、LCD显示电路、触摸电路、送话电路、听筒电路、音频传输电路、主相机电路、音量+-与静音电路、开机键返回键电路、扬声器(免提)电路、闪光灯驱动电路、前相机电路、充电电路、USB电路、振动器驱动电路、2G收发电路、3G、4G收发电路、DRX接收电路、SIM卡电路、WIFI电路、副射频供电电路、功放供电电路、NFC电路、蓝牙电路、主射频供电电路、基带时序与基带控制接口电路、射频前端控制总线电路、基带电路、气压传感器电路、陀螺仪&加速计电路、指纹(HOME)电路、指南针电路等等!
综上所述现代智能手机的工作原理是一个非常复杂的系统工程,即可独立分割单独来分析,又相互之间存在一定关联和影响。
整机供电电路简介
我们以iPhone6整机供电电路框图为例简单的对供电电路做一个分析。如下图1所示:
整机供电我们分为三个部分来看,第一个是PP_BATT_VCC电池电压直接供电的负载,分别是U1401充电管理IC、U1400振动马达驱动IC、U0900铃声放大IC、U_2GPARF 2G功放、U_QPOET功放供电IC、U_ASM_RF频段开关、U_HBS_RF频段开关这几个芯片。电池电压直接供电的IC损坏后容易出现加电大电流、加电漏电等故障;与此路供电相并联的芯片有7个。
图1
第二个是PP_VCC_MAIN这路供电所接的负载,分别是:充电管理IC U1401、电源管理U1202、闪光灯驱动IC U1602、16.5V指纹供电IC U1503、音频IC U0900、WIFI芯片U5201_RF、NFC控制芯片U5301_RF、NFC收发芯片U5201_RF、LCD背光升压IC U1502、电压切换U1703、摄像头供电U2301、功放供电IC U_QPOET、频段开关U_DSM_RF、基带电源U_PMICRF、触摸与LCD供电IC这15个IC。
第三个是应用电源管理芯片AP PMU U1202这颗芯片输出的各路供电所接的负载,其中到AP(应用处理器)的供电有11路,分别是:PP_CPU、PP_GPU、PP1V0、PP1V8_SDRAM、PP1V2_SDRAM、PP1V2、PP1V8、PP0V95_FIXED_SOC、PP_VAR_SOC、PP1V8_ALWAYS、PP3V3_USB这11路供电全部都接到了应用处理器;AP PMU U1202应用电源管理芯片其余供电都接到了不同的芯片,分别是:PP1V8_VA_L19_L67这路供电接到了铃声放大IC U1601、音频IC U0900这两颗芯片;PP3V0_MESA这路供电接到了指纹1.8V供电U2100;PP1V8这路供电接到硬盘U0604;PP3V0_NAND接到硬盘U0604;PP1V8_SDRAM还分别接到USB控制U1700、LCD背光升压U1502、NFC控制U5301_RF、WIFI U5201_RF、音频U0900;PP3V0_TRISTAR这路供电送到了USB控制U1700这颗芯片;PP3V3_ACC这路供电也是送到了U1700这颗芯片;PP3V0_PROX_IRLED、PP3V0_PROX_ALS、PP1V2这三路供电都送到了接口座J1111提供给光感以及摄像头使用;PP1V8_GRAPE这路供电提供给信号缓冲器U2403以及主触摸IC U2401这颗芯片;PP3V0_IMU这路供电提供给指南针U1901;PP1V2_OSCAR这路供电提供给M8协处理器U2201这颗芯片;最后一路PP1V8_OSCAR这路供电分别送给M8协处理器U2201、指南针U1901、加速陀螺组合U2203以及气压传感器U2204这几个芯片。
至于基带电源U_PMICRF这颗芯片输出的各路供电在实际故障分析中并没有那么重要或者说造成故障的概率并没有那么多所以我们在这里就简单的罗列一下即可。PP_LDO2、PP_LDO3、PP_LDO4、PP_LDO5、PP_LDO6、PP_LDO7、PP_LDO8、PP_LDO9、PP_LDO10、
PP_LDO11、PP_LDO12、PP_LDO13、
VREG_SMPS4_2V075、VREG_SMPS3_0V95、VREG_SMPS2_1V25、VREG_SMPS1_0V90这16路供电都是送到基带CPU(U_PMICRF)这颗芯片的;PP_LDO1、PP_LDO8这两路供电同时提供给U_WTR_RF射频IC这颗芯片;PP_LDO11这路供电还分别提供给U_DSM_RF频段开关、U_HBS_RF频段开关、U_ASM_RF频段开关、U_QPOET功放供电IC、U_2GPARF 2G功放、U_HBPAD、U_LBPAD、U_VLBPAD、U_MBPAD、U_JTAGRF、U_BUFFER数据缓冲器、U_EEP_RF基带码片这12颗芯片。
我们对整机40多颗芯片的供电进行了有效梳理,整机供电主要区分PP_BATT_VCC电池电压直接供电的负载,PP_VCC_MAIN这路主供电所接的负载以及应用电源管理芯片AP PMU这颗芯片所接的负载。电池电压供电(PP_BATT_VCC)的负载以及主供电(PP_VCC_MAIN)的负载会造成加电大电流,以及加电漏电等故障;应用电源管理芯片AP PMU这颗芯片的负载损坏会引起按开机键大电流、待机时间短等电流类的故障。
电源供电是机器工作的必备条件之一,且要优先满足;如果机器没有供电其它所有的功能以及应用都将无从谈起;研究整机供电对维修手机电流类的故障意义重大,当然供电也是所有芯片正常工作的首要工作条件,这个也是我们维修其它故障最先要进行测量的第一个工作条件。供电系统也是本文《手机维修之“概率分布论”》的理论实例之一。
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