功率放大器
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時(shí)間：2008-11-26
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利用三極管的電流控制作用或場(chǎng)效應(yīng)管的電壓控制作用將電源的功率轉(zhuǎn)換為按照輸入信號(hào)變化的電流。因?yàn)槁曇羰遣煌穹筒煌l率的波，即交流信號(hào)電流，三極管的集電極電流永遠(yuǎn)是基極電流的β倍，β是三極管的交流放大倍數(shù)，應(yīng)用這一點(diǎn)，若將小信號(hào)注入基極，則集電極流過(guò)的電流會(huì)等于基極電流的β倍，然后將這個(gè)信號(hào)用隔直電容隔離出來(lái)，就得到了電流(或電壓)是原先的β倍的大信號(hào)，這現(xiàn)象成為三極管的放大作用。經(jīng)過(guò)不斷的電流及電壓放大，就完成了功率放大。
功率放大器，簡(jiǎn)稱(chēng)“功放”。很多情況下主機(jī)的額定輸出功率不能勝任帶動(dòng)整個(gè)音響系統(tǒng)的任務(wù)，這時(shí)就要在主機(jī)和播放設(shè)備之間加裝功率放大器來(lái)補(bǔ)充所需的功率缺口，而功率放大器在整個(gè)音響系統(tǒng)中起到了“組織、協(xié)調(diào)”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個(gè)系統(tǒng)能否提供良好的音質(zhì)輸出。
功率放大器種類(lèi)
目前市場(chǎng)上車(chē)用功率放大器的種類(lèi)很多，分類(lèi)方法也比較復(fù)雜。最常見(jiàn)的是按照工作方式分為：A型、B型和AB型。A型是指放大器每隔一定時(shí)間收集一次主機(jī)傳輸過(guò)來(lái)的音頻信號(hào)，并將其放大后傳輸給揚(yáng)聲器，而這一過(guò)程中的“緩沖作用”保證了系統(tǒng)能夠輸出溫和、平順的聲音信號(hào)，不足之處處在于消耗的能量較大。B型功率放大器則是取消了前面所說(shuō)的“緩沖作用”，放大器的工作一直處于適時(shí)狀態(tài)，但是音質(zhì)方面較前者就要差了一些。AB型放大器，實(shí)際上是A型和B型的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50％-100％之間，可以稱(chēng)得上是當(dāng)前比較理想的功率放大器。
功率放大器選購(gòu)
選擇功率放大器的時(shí)候，首先要注意它的一些技術(shù)指標(biāo)：1、輸入阻抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會(huì)在5000-15000Ω，數(shù)值越大表示抗干擾能力越強(qiáng)；2、失真度：指輸出信號(hào)同輸入信號(hào)相比的失真程度，數(shù)值越小質(zhì)量越好，一般在0.05％以下；3、信噪比：是指輸出信號(hào)當(dāng)中音樂(lè)信號(hào)和噪音信號(hào)之間的比例，數(shù)值越大代表聲音越干凈。
另外，在選購(gòu)功率放大器的時(shí)候還要明確自己的購(gòu)買(mǎi)意愿，如果您希望加裝低音炮，最好購(gòu)買(mǎi)5聲道的功放，通常2聲道和4聲道揚(yáng)聲器只能推動(dòng)前后揚(yáng)聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道功放就可以解決這個(gè)問(wèn)題，功率放大器的輸出功率也要盡量大宇揚(yáng)聲器的額定功率。
功率放大器原理
高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿(mǎn)足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過(guò)天線(xiàn)將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿(mǎn)意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信。高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱(chēng)為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線(xiàn)變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱(chēng)為非調(diào)諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉(zhuǎn)換器件，它將電源供給的直流能量轉(zhuǎn)換成為高頻交流輸出。在 “低頻電子線(xiàn)路”課程中已知，放大器可以按照電流導(dǎo)通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類(lèi)工作狀態(tài)。甲類(lèi)放大器電流的流通角為360o，適用于小信號(hào)低功率放大。乙類(lèi)放大器電流的流通角約等于 180o；丙類(lèi)放大器電流的流通角則小于180o。乙類(lèi)和丙類(lèi)都適用于大功率工作。丙類(lèi)工作狀態(tài)的輸出功率和效率是三種工作狀態(tài)中最高者。高頻功率放大器大多工作于丙類(lèi)。但丙類(lèi)放大器的電流波形失真太大，因而不能用于低頻功率放大，只能用于采用調(diào)諧回路作為負(fù)載的諧振功率放大。由于調(diào)諧回路具有濾波能力，回路電流與電壓仍然極近于正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來(lái)分類(lèi)的工作狀態(tài)外，又有使電子器件工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)的丁類(lèi)放大和戊類(lèi)放大。丁類(lèi)放大器的效率比丙類(lèi)放大器的還高，理論上可達(dá)100％，但它的最高工作頻率受到開(kāi)關(guān)轉(zhuǎn)換瞬間所產(chǎn)生的器件功耗(集電極耗散功率或陽(yáng)極耗散功率）的限制。如果在電路上加以改進(jìn)，使電子器件在通斷轉(zhuǎn)換瞬間的功耗盡量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類(lèi)放大器。我們已經(jīng)知道，在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須采用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉(zhuǎn)換為交流輸出的能量轉(zhuǎn)換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點(diǎn)都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對(duì)頻帶寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質(zhì)的區(qū)別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對(duì)頻帶寬度卻很寬。例如，自20至 20000 Hz，高低頻率之比達(dá) 1000倍。因此它們都是采用無(wú)調(diào)諧負(fù)載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬(wàn)MHz），但相對(duì)頻帶很窄。例如，調(diào)幅廣播電臺(tái)（535－1605 kHz的頻段范圍）的頻帶寬度為 10 kHz，如中心頻率取為 1000 kHz，則相對(duì)頻寬只相當(dāng)于中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對(duì)頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路。由于這后一特點(diǎn)，使得這兩種放大器所選用的工作狀態(tài)不同：低頻功率放大器可工作于甲類(lèi)、甲乙類(lèi)或乙類(lèi)（限于推挽電路）狀態(tài)；高頻功率放大器則一般都工作于丙類(lèi)（某些特殊情況可工作于乙類(lèi)）。近年來(lái)，寬頻帶發(fā)射機(jī)的各中間級(jí)還廣泛采用一種新型的寬帶高頻功率放大器，它不采用選頻網(wǎng)絡(luò)作為負(fù)載回路，而是以頻率響應(yīng)很寬的傳輸線(xiàn)作負(fù)載。這樣，它可以在很寬的范圍內(nèi)變換工作頻率，而不必重新調(diào)諧。綜上所述可見(jiàn)，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點(diǎn)是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點(diǎn)則是二者的工作頻率與相對(duì)頻寬不同，因而負(fù)載網(wǎng)絡(luò)和工作狀態(tài)也不同。
高頻功率放大器的主要技術(shù)指標(biāo)有：輸出功率、效率、功率增益、帶寬和諧波抑制度（或信號(hào)失真度）等。這幾項(xiàng)指標(biāo)要求是互相矛盾的，在設(shè)計(jì)放大器時(shí)應(yīng)根據(jù)具體要求，突出一些指標(biāo)，兼顧其他一些指標(biāo)。例如實(shí)際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對(duì)諧波抑制度要求較高，而對(duì)帶寬要求可適當(dāng)降低等。功率放大器的效率是一個(gè)突出的問(wèn)題，其效率的高低與放大器的工作狀態(tài)有直接的關(guān)系。放大器的工作狀態(tài)可分為甲類(lèi)、乙類(lèi)和丙類(lèi)等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類(lèi)、丙類(lèi)，即晶體管工作延伸到非線(xiàn)性區(qū)域。但這些工作狀態(tài)下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很?chē)?yán)重的非線(xiàn)性失真。低頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)大，不能采用諧振回路作負(fù)載，因此一般工作在甲類(lèi)狀態(tài)；采用推挽電路時(shí)可以工作在乙類(lèi)。高頻功率放大器因其信號(hào)的頻率覆蓋系數(shù)小，可以采用諧振回路作負(fù)載，故通常工作在丙類(lèi)，通過(guò)諧振回路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線(xiàn)性失真。所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。高頻功率放大器因工作于大信號(hào)的非線(xiàn)性狀態(tài)，不能用線(xiàn)性等效電路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折線(xiàn)法來(lái)分析其工作原理和工作狀態(tài)。這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態(tài)方便，但計(jì)算準(zhǔn)確度較低。以上討論的各類(lèi)高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用于提供足夠強(qiáng)的以載頻為中心的窄帶信號(hào)功率，或放大窄帶已調(diào)信號(hào)或?qū)崿F(xiàn)倍頻的功能，通常工作于乙類(lèi)、丙類(lèi)狀態(tài)。寬帶高頻功率放大器：用于對(duì)某些載波信號(hào)頻率變化范圍大得短波，超短波電臺(tái)的中間各級(jí)放大級(jí)，以免對(duì)不同fc的繁瑣調(diào)諧。通常工作于甲類(lèi)狀態(tài)。
功率放大器的性能指標(biāo)
無(wú)論AV放大器和Hi-Fi功放對(duì)功率放大器要求十分嚴(yán)格，在輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度、信噪比、輸出阻抗和阻尼系數(shù)等方面都有明確要求。
?。ㄒ唬?、輸出功率
輸出功率是指功放電路輸送給負(fù)載的功率。目前人們對(duì)輸出功率的測(cè)量方法和評(píng)價(jià)方法很不統(tǒng)一，使用時(shí)注意。
1、額定功率（RMS）
它指在一定的諧波范圍內(nèi)功放長(zhǎng)期工作所能輸出的最大功率（嚴(yán)格說(shuō)是正弦波信號(hào)）。經(jīng)常把諧波失真度為1%時(shí)的平均功率稱(chēng)為額定輸出功率或最大有用功率、持續(xù)功率、不失真功率等。很顯然規(guī)定的失真度前提不同時(shí)，額定功率數(shù)值將不相同。
2、最大輸出功率
當(dāng)不考慮失真大小時(shí)，功放電路的輸出功率可遠(yuǎn)高于額定功率，還可輸出更大數(shù)值的功率，它能輸出的最大功率稱(chēng)為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率
3、音樂(lè)輸出功率（MPO）
音樂(lè)輸出功率MPO是英文Music Power Outpur的縮寫(xiě)，它是指功放電路工作于音樂(lè)信號(hào)時(shí)的輸出功率，也就是輸出失真度不超過(guò)規(guī)定值的條件下，功放對(duì)音樂(lè)信號(hào)的瞬間最大輸出功率。
音樂(lè)輸出功率可以用來(lái)評(píng)價(jià)功放的動(dòng)態(tài)聽(tīng)音效果，例如在平穩(wěn)的音樂(lè)過(guò)程后面突然出現(xiàn)了沖擊性強(qiáng)的打擊樂(lè)器聲音，有的功放電路可在瞬間提供很大的輸出功率給以力度感有使不完的勁；有的功放卻顯得力不從心底氣不足。為了反映這瞬間突發(fā)性輸出功率的能力可以用音樂(lè)輸出功率來(lái)量度。
4、峰值音樂(lè)輸出功率（PMPO）
它是最大音樂(lè)輸出功率，是功放電路的另一個(gè)動(dòng)態(tài)指標(biāo)，若不考慮失真度功放電路可輸出的最大音樂(lè)功率就是峰值音樂(lè)輸出功率。
通常峰值音樂(lè)輸出功率大于音樂(lè)輸出功率，音樂(lè)輸出功率大于最大輸出功率，最大輸出功率大于額定輸出功率，經(jīng)實(shí)踐統(tǒng)計(jì)，峰值音樂(lè)輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。
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