科普｜正确解锁关于功放的各类问题
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。
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，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。
功率放大器自激故障有哪些现象和原因？如何检查与排除？
功率放大器出现自激振荡，是自制功率放大器最常见的故障。引起自激的原因很多，排除也较困难。自激的形式大致有两种：一是接通电源后马上出现连续自傲，这多是所用元件不当或布线、焊接上的错误所引起。二是有信号输入时才自激，并且其振荡大小与波形会随音量、音调等控制旋钮的调节位置以及负载扬声器的接入情况而变化。这后一种自激往往涉及到电路内的多种因素，需要花费较多时间才能查出产生的原因。
1、自激的故障现象
现象一、散热器和一些电阻发烫。这现象在上面已介绍过。但如前置放大器出现自激，经功率放大器放大后也会出现类似现象。此时多可把功率放大器与前置放大器之间的接线断开，如上述现象消除，便说明自激是前置放大器产生，或因前置与功率放大器之间连接不当而引起。
现象二、功放级静态电流无法调整。功放级自激使功率输出管产生大电流，即使自激振荡比较弱，功放级也不会工作于“静态”。此时如调节有关偏置电阻，将出现“静态”电流无法调整的现象。
在调整功率输出级工作点的时候，有时还会出现一种怪现象：输出级静态电流较小（例如10毫安以下）时调节正常，但如再调上一点，电流便突然猛增。或者与此相反，开始时电流很大，调到某一点时电流突然减小。这些都是功放电路处于临界自激的迹象，只要工作条件有少许改变，自激便会马上发生，所以也要把它排除。
现象三、扬声器里出现振荡叫声。如果自激振荡的频率不在超音频，我们便可以从扬声器里听到振荡叫声，并可根据振荡频率的高低来判断自激产生的原因，例如是通过导线之间的感应还是通过电源内阻的有害耦合等等。
现象四、音量较大时出现啸叫声。 这是一种有条件的自激。即信号较大时才把自激诱发出来，信号幅度减小后，自激也随之消失。此故障多由已由接地不良或印刷电路板布局不当所引起。 这类潜在故障往往被忽视，等到播放大音量的音乐试听时，轻微的自激还每每被误认为是放步器的失真．
现象五、重放声音带有拖尾。放大器的频率特性不均匀，频响曲线在某段频率出现突出的尖峰，便会使节目信号在该频率附近激起一段减幅振荡（振铃现象），听起来象是节目信号的背后附有拖尾。
如果变压器的容量不够，电源内阻便增大。在开机时或强信号输出之后，会出现减幅振荡，听起来也好象声音带有拖尾。
实际直流电源的内阻决不会等于零，况且因滤波电解电容器的容量浪制，以及电容器内 （包括连接导线）感抗成份的存在，使低频和高频时的电源内阻更加升高。功率放大器的输出电流通过直流电源的内阻时，将产生相应的电压降。如前、后级共用一电源，则该电压降将会通过电源内阻耦合到前级，形成低频（俗称汽船声）或高频的自激振荡，有时还会出现高频调制于低频的间歇振荡。
2、 抑制一般自激的方法
（1）前、后级各用独立的电源供给。
（2）加强退耦措施。
（3）采用稳压电。
（4）减短电源输出接往功放级的连接线。
（5）采用无感电解电容器作滤波电容器。
可在滤波电容器的两端，以及输出级集电极与地之间加接0.1～1微法的涤纶薄膜电容器作高频通路，以降低高频时的电源内阻。
如果放大器的输入线（或元件）与输出线、电源线相邻太近，通过它们之间的寄生电容、寄生电感（互感）便会产生有客耦合，轻则使扩音机的高频特性不规则，重则形成高频自激振荡。
要防止这类自激发生，装配时要注意下列问题：
输入接线决不要靠近输出线和电源线，更不要捆扎在一起。如前级输入线的长度超过5厘米，最好用金属屏蔽线。
通过大电流的输出线、电源线要粗而短。 绘制印刷电路板时也要注意上述原则，宁可加用跨接线也不要让印刷导线绕大弯。检修功率放大器时，如果拨动放大器的输入、输出线，自激振荡的情况会跟着改变，便可判定是这一类自傲。
3、抑制放大器的高频自激
放大器自激往往与反馈有关。它是个加有级间负反馈的三级放大器模式，常见的功率放大器大都可归结成这种模式。由于受晶体管截止频率的限制，再加上电路结构与装配工艺上的其他原因，每一级都必然存在一个高频上限频率，并引起高频输出的相依滞后（上限频率的相位滞后450。显然，各级滞后叠加的结果在某个频率以上，输出信号的相位滞后将超过1800，反馈变成正反馈，此时如放大器的增益仍大于 1，便会出现连续的高频自激振荡。
因此，抑制高频自激的途径便是：设法降低放大器的高频增益；设法减小输出信号的相位滞后；设法拉开各放大级的高频上限频率间隔，以破坏高频自激的幅值条件和相位条件，一些常见的做法如下。
1、电容滞后补偿：
在晶体管的集电极与基极之间接上一只小电容器CBC，即可使CBC对高频的负反馈作用，达到降低该级高增益的目的。一般的OTL和OCL功率放大电路中，以第二级（激励级）的电压增益为最高，把CBC加在对该级对抑制高频自激较为有效，如图下图所示
多级直接耦合前置放大器的消振电容，也加在第二级为多，CBC的容量不宜超过100微微法，通常只要10~50微微法即可。
CBC的加入，使第二级在高频时的增益明显降低，并把本来比较接近的第一、二级的截止频率拉开，达到较好的消振效果。
CBC的加入却也会使整个放大器的高频输出的相位滞后，如果CBC的容量较大，还会使放大器的高频响应变差，瞬态互调失真加大。因此在使放大器不产生自激的前提下，CBC的容量越小越好。
2、电容超前补偿：
如果在级间反馈电阻上并上一个小容量的电容器即可把输出端提取的高频反馈信号的相位提前，从而抑制高频自激。
3．负载阻抗补偿
为了保证功率放大器的安全运行，一般均在其输出瑞接上RC阻抗补偿网络，用以补偿扬声器的感抗成分，当负载扬声器的阻抗为8Ω时，补偿网络的R常取10Ω，C取以0.47～0.15微法。此时，补偿网络对1000千赫以上的超高频才有衰减作用。
由于该网络能抵偿扬声器的电感分量，使放大器的实际负载阻抗在高频时并无明显增高，再加上该网络对超高频的衰减作用，使得放大器在通频带以外的高频增益下降，所以从抑制高频自傲的角度来考虑，该网络也是有效的。
为了使扬声器导线的分布电容不致给扩音机带来高领不稳定因素，我们还可以在功率放大器的输出端上串接一个RL并联网络。用以防止容性负载对放大器和影响。
另外，还可采用使改用频率特性好的晶体管、减小晶体管的电流放大系数等手段来达到抑制放大自激的目的。
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