音頻放大器簡(jiǎn)介

1、音頻放大器簡(jiǎn)介功率放大器（簡(jiǎn)稱(chēng)功放）的作用是給音響放大器的負(fù)載 Rl （揚(yáng)聲器）提供一定的輸出功 率，當(dāng)負(fù)載一定時(shí)，輸出功率盡可能大，輸出信號(hào)的非線性失真盡可能小，效率才會(huì)高。音頻放大器最早是由電子管放大器發(fā)展而來(lái)，為了滿(mǎn)足需求，不斷地加以改進(jìn)。效率越來(lái)越高，主要應(yīng)用在 TV、音響、筆記本電腦、PDA等便攜式電子設(shè)備中。音頻功放的分類(lèi)A類(lèi)放大器（也叫甲類(lèi)放大器）特點(diǎn)：工作點(diǎn)Q設(shè)定在負(fù)載線的中心點(diǎn)附近，晶體管在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)均可導(dǎo)通。如圖1可單管工作，也可以推挽工作。失真度小，信號(hào)越小傳真度越高。工作效率較低。圖1B類(lèi)放大器（也稱(chēng)乙類(lèi)放大器）特點(diǎn)：靜態(tài)點(diǎn)在（VCC 0）處，即在截止區(qū)，沒(méi)有

2、信號(hào)輸入時(shí)，輸出端幾乎不消耗功率，在 Vi 的正半周期內(nèi)，Q1導(dǎo)通且Q2截止，所以，形成圖2的輸出端正半周正弦波； 同理，當(dāng)Vi為 負(fù)半周時(shí)，Q1截止而Q2導(dǎo)通，結(jié)果形成輸出端負(fù)半周正弦波，如圖 2虛線部分所示。B類(lèi)放大器在兩管推挽工作時(shí)，效率最高，可達(dá)到78%因?yàn)榉糯笃饔幸欢螘r(shí)間工作在非線性區(qū)域內(nèi)，會(huì)產(chǎn)生較大的交越失真。圖2Vcc-Vcc圖3 B類(lèi)雙端推挽放大器AB類(lèi)放大器（甲乙類(lèi)放大器）晶體管導(dǎo)通時(shí)間稍大于半周期， 使用兩管推挽工作，可以避免交越失真。交替失真較大， 可以抵消偶次諧波失真。效率較高，晶體管功耗較小。AB類(lèi)放大器是為解決 B類(lèi)放大器在信號(hào)大小在-0.6V<Vi<0

3、.6V 之間時(shí)，Q1、Q2皆無(wú)法 導(dǎo)通所引起的，因此，如果我們?cè)?Q1及Q2的VBE之間加上兩個(gè)0.6V的電池，使輸入信號(hào) 在±0.6V之間大小時(shí)，Q1、Q2也可以導(dǎo)通（彷佛一個(gè)A類(lèi)放大器有加上 VB琳壓一般），以 降低失真，Vc:圖4 AB類(lèi)放大器D類(lèi)放大器（數(shù)字音頻功率放大器）將輸入音頻信號(hào)或 PCM字信息變換成 PWM脈沖寬帶調(diào)制）或 PDW（脈沖密度調(diào)制） 的脈沖信號(hào)，然后用脈沖信號(hào)去控制大功率開(kāi)關(guān)器件通/斷音頻功率放大器，也稱(chēng)開(kāi)關(guān)放大器。D類(lèi)放大器有輸入信號(hào)處理電路、開(kāi)光信號(hào)形成電路、大功率開(kāi)關(guān)電路（半橋或者全橋）、和低通濾波器（LC）等組成。特點(diǎn)：效率高。發(fā)熱少、功耗低體

4、積小失真低、頻率響應(yīng)曲線好。但存在EMI電磁干擾，可能會(huì)對(duì)手機(jī)RF部分或者天線部分產(chǎn)生干擾，降低手機(jī)靈敏度D放大器基本架構(gòu)如圖 5所示，輸入訊號(hào)經(jīng)由脈波寬度調(diào)變器（Pulse Width Modulation）將音頻信號(hào)調(diào)制成數(shù)字信號(hào)后，由功率晶體管（Q1,Q2）放大輸出，再經(jīng)由低通濾波器（Lf,Cf）取出原輸入端的音頻訊號(hào)送至喇叭輸出。圖5 D放大器基本架構(gòu)由于功率晶體管輸入為一數(shù)字信號(hào)，Q1,Q2工作處于飽和與截止兩個(gè)狀態(tài)，因此 Q1,Q2本身所消耗功率將非常小，提高整個(gè)放大器的效率，而使散熱裝置大幅減小進(jìn)而在組件的設(shè)計(jì)上可以大大縮小其體積。各放大器的有點(diǎn)比較A類(lèi)放大器B類(lèi)放大器AB類(lèi)放大

5、器D類(lèi)放大器工作點(diǎn)位置負(fù)載線中點(diǎn)負(fù)載線截止點(diǎn)負(fù)載線中點(diǎn)與 截止點(diǎn)之間導(dǎo)通角度e =360°e =180°180° < e <360°失真度失真最小失真度略高于AB類(lèi)，有交叉失真可消除交叉失 真失真低、頻率 響應(yīng)曲線好功率轉(zhuǎn)移效率效率最低，在50蛆下效率約為50矯78.5%效率略低于B 類(lèi)工作效率能打到85減上主要用途失真度低的小 功率放大器大功率放大器一般的音響擴(kuò) 大機(jī)非線性音頻放大器D類(lèi)放大器的EMIEMI包括傳導(dǎo)干擾 CE和輻射干擾RE以及諧波。來(lái)源：覆蓋頻段1MHz1GHz、250KHz-1.5MHz高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)、納秒級(jí)邊沿切換、過(guò)沖振

6、蕩。4 如電CMMB798MHzEMS包括靜電抗干擾 ESD射頻抗擾度 EFK電快速瞬變脈沖群抗擾度、浪涌抗擾度、 電壓暫降抗擾度。EMI抑制措施：1 .擴(kuò)展頻譜調(diào)制技術(shù)，在更大的帶寬內(nèi)擴(kuò)展開(kāi)關(guān) PWM1號(hào)的頻譜能量。而不改變?cè)家?頻內(nèi)容。2 .改變PWMFF關(guān)信號(hào)的邊沿速率。信號(hào)以載波頻率為中心，任何一個(gè)邊緣都不是按周期 重復(fù)，不僅維持了固定載波頻率， 邊沿也不是以固定比率跳變， 載波頻率上的能量輻射得到 極大的降低。3 .使用LC濾波器或者磁珠濾波器以過(guò)濾高頻諧波。中高功率由于 EMI太強(qiáng)用LC濾波 器，而小功率用磁珠處理即可。4 .PCB layout及器件擺放位置。D類(lèi)到揚(yáng)聲器線路不

7、能太長(zhǎng)，否則就是一天線。音響放大器主要技術(shù)指標(biāo)及測(cè)試方法額定功率音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值時(shí)的最大功率成為額定功率。Po=M2/Rl,Rl為額定負(fù)載阻抗；V0為負(fù)載兩端最大不失真電壓。VCc通常根據(jù)V。來(lái)選定VCc> 2且Vq測(cè)量P。的條件：信號(hào)發(fā)生器的輸出信號(hào) （音響放大器的輸入信號(hào)） 的頻率fi=1KHz,電壓V=5mA,音調(diào)控 制器的兩個(gè)電位器 RP、RP2置于中間位置，音量控制電位器置于最大， 用雙蹤示波器觀測(cè) V、 M的波形，失真度測(cè)量?jī)x檢測(cè) Vo的波形失真。注意：在最大輸出電壓測(cè)量完成后應(yīng)迅速減小V ,否則會(huì)因測(cè)量時(shí)間太久而損壞功率放大器。測(cè)量Po的步驟：功率放大器的P

8、o端接負(fù)載電阻 R （代替揚(yáng)聲器），逐漸增大輸入電壓 V,直到V。的波形剛好出現(xiàn)削波失真（或小于3%） ，此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓，即可以根據(jù)上式算出額定功率。音調(diào)控制特性輸入信號(hào)V （=100mV從音調(diào)控制級(jí)輸入端的耦合電容加入，輸出信號(hào)Vo從輸入端的耦合電容引起。先測(cè) 1KHz處的電壓增益 AVO=0dB,再分別測(cè)試低頻特性和高頻特性。同樣，測(cè)高頻特性是將RP2 的滑臂分別置于最左端和最右端，頻率從1kHz 至 50kHz 變化， 分別測(cè)量對(duì)應(yīng)的電壓增益。最后繪制出音調(diào)控制特性曲線，并標(biāo)注與fL1、 fX、 fL2、 f（0 1kHz） 、fH1、fH2等頻率對(duì)應(yīng)的電壓增益。頻率響

9、應(yīng)放大器的電壓增益相當(dāng)于中音頻率fo （1kHz）的電壓增益下降3dB時(shí)對(duì)應(yīng)低音頻截止頻率fL和高音頻截止頻率fH,稱(chēng)fLfH為放大器的響應(yīng)頻率。測(cè)量條件：調(diào)節(jié) RB使輸出電壓為最大輸出電壓的50%測(cè)量步驟：音響放大器的輸入端接V （約5mV, RP、RP2置于最左端，使信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率fi從20Hz至50kHz變化（保持 V不變），測(cè)量負(fù)載電阻 R上對(duì)應(yīng)的輸出電壓 Vo, 用半對(duì)數(shù)坐標(biāo)繪出頻率響應(yīng)曲線，并在曲線上標(biāo)注fL和fH值。輸入靈敏度使音響放大器輸出額定功率時(shí)所需輸入電壓（有效值），稱(chēng)為輸入靈敏度VS。測(cè)量條件與額定功率測(cè)量相同。測(cè)量方法：使Vi 從零開(kāi)始逐漸增加，直到Vo 達(dá)到額定功率時(shí)所對(duì)應(yīng)的電壓值，此時(shí)對(duì)應(yīng)的Vi 即為輸入