【Audio】功放知识介绍

一、功放的作用

        功放是一种电子放大器,旨在增加特定输入信号的功率大小。因此,输入信号的功率被提高到足以驱动扬声器、耳机、射频发射器等输出设备负载的水平。功放被用于许多不同的领域,因此功率放大功率输出可能存在显着差异。比如说:

        ① 一个便携式耳机的功放可能只有 10 mW的输出功率。然而,这足以驱动耳机达到响亮的聆听水平。

        ② 计用于扩声系统中的扬声器的功放的输出功率可能在 1 到 4  KW 之间(取决于扬声器的功率等级)。

        ③ 用于专业录音棚后端的功放通常没有超过 1 KW 的功率输出。

        那么为什么要有功放呢?

        功放是一个音频系统的核心和灵魂。功放采用小电压(电动势)。然后它将其送入晶体管或真空管,晶体管或真空管就像开关一样,会根据来自其电源的放大电压而高速开启 / 关闭。当功放的电源供电时,功率通过输入连接器进入(输入信号)并被放大到一个更高的电压水平。这意味着从前置功放出来的小功率信号被提升到足以让扬声器或耳机重现声音的水平,使我们可以用耳朵聆听音乐。

二、功放的工作原理

        功放与前置放大器一起工作,从前置放大器的输出端获取小电压,并将其转化为更高的电流信号,通过使用晶体管或真空管驱动扬声器的音圈。

        例如,A 类单声道功功放在其输入级从信号源获取一个输入信号,然后将该信号放大为另一个放大的版本,并将其发送到功率输出级。

三、功放的产品分类

        1、纯甲类功率放大器

        在音响领域里人们一直坚守着 A 类功放的阵地。认为 A 类功放声音最为清新透明,具有很高的保真度。但是,A 类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。纯甲类功率放大器又称为 A 类功率放大器(Class A),它是一种完全的线性放大形式的放大器。在纯甲类功率放大器工作时,晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态,这就意味着更多的功率消耗为热量,但失真率极低。纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见,像美国 JET CITY 高级系列才有这类功率放大器。这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低,通常只有 20 – 30 %,但音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。

        2、乙类功率放大器

        乙类功率放大器,也称为 B 类功率放大器(Class B),它也被称为线性放大器,但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。B 类功放在工作时,晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入,也就是说,在正相的信号过来时只有正相通道工作,而负相通道关闭,两个通道绝不会同时工作,因此在没有信号的部分,完全没有功率损失。但是在正负通道开启关闭的时候,常常会产生跨越失真,特别是在低电平的情况下,所以 B 类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放器,在实际的应用中,其实早期许多的汽车音响功放都是 B 类功放,因为它的效率比较高。B 类功放虽然效率提高很多,但实际效率仅为50% 左右,在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合,仍感效率偏低不能令人满意。所以,效率极高的 D 类功放,因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。

        由于集成电路技术的发展,原来用分立元件制作的很复杂的调制电路,现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。而且近年来数字音响技术的发展,人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处,进一步显示出D类功放的发展优势。

        3、甲乙类功率放大器

        甲乙类功率放大器也称为 AB 类功率放大器(Class AB),它是兼容 A 类与 B 类功放的优势的一种设计。当没有信号或信号非常小时,晶体管的正负通道都常开,这时功率有所损耗,但没有 A 类功放严重。当信号是正相时,负相通道在信号变强前还是常开的,但信号转强则负通道闭。当信号是负相时,正负通道的工作刚好相反。AB 类功率放大器的缺陷在于会产生一点点的交越失真,但是相对于它的效率比以及保真度而言,都优于 A 类和 B 类功放,AB 类功放也是目前市场中应用最为广泛的设计,像是 TOPP PRO 美国拓普 TRX 系列均采用的是 AB 类设计。

        4、数字功放

        D 类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态,不耗电。工作时,靠输入信号让晶体管进入饱和状态,晶体管相当于一个接通的开关,把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电,实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关,而与信号输出的大小无关,所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下,D 类功放的效率为 100%,AB 类功放的效率为 78.5%,A or B 类功放的效率才 25% 或 50%(按负载方式而定)。

        D 类功放实际上只具有开关功能,早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而,开关功能(也就是产生数字信号的功能)随着数字音频技术研究的不断深入,用与 Hi-Fi 音频放大的道路却日益畅通。20 世纪 60 年代,设计人员开始研究 D 类功放用于音频的放大技术,70 年代 Bose 公司就开始生产 D 类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率,另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放,两者都希望有 D 类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。



三、参考资料

        【1】最全功放全面指南介绍:教你真正认识功放:https://www.sohu.com/a/499231466_200013

        【2】[功放] 音响功放原理及分类解析:http://www.zghifi.com/thread-177980-1-1.html

        【3】A 类 B 类 AB 类 D 类 K 类功放简单对比:https://blog.csdn.net/xiaocaohuyang/article/details/114183471

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