音頻技術(shù)教程-第6章-音頻放大器課件

2023/8/7第6章音頻放大器

2023/8/4第6章音頻放大器2023/8/76.1音頻放大器的組成

音頻放大器又稱聲頻放大器、低頻放大器或擴音機，是放大音頻電信號的裝置。按音頻放大器中各部分的功能不同，常常將其分為兩部分：其一稱為前置放大器（也稱前級放大器）；其二稱為功率放大器（也稱后級放大器），如圖6-1所示為模擬音頻放大器的基本組成框圖。前置放大器還可細分為信號源前置放大器和主控放大器。2023/8/46.1音頻放大器的組成音頻放大器又稱聲頻2023/8/76.2前置放大器

圖6-2前置放大器示意圖

2023/8/46.2前置放大器圖6-2前置放大2023/8/71.信號源前置放大器的作用是：

①有選擇地接收信號源的信號；②對輸入的信號進行頻率均衡或阻抗變換；③對各種信號進行相應(yīng)的放大，使各種信號的輸出電壓基本相同，以利于其后的主控放大器的工作，并改善信噪比。6.2前置放大器

2023/8/41.信號源前置放大器的作用是：

6.22023/8/72.前置放大器中的主控放大器也稱控制放大器或線路放大器，其主要作用是將前面送來的信號進行各種處理與再放大，使之能滿足功率放大器對輸入信號電平的要求，并達到人們對音響效果的某些主觀要求，比如音量調(diào)節(jié)、響度控制、音調(diào)調(diào)節(jié)、噪聲抑制、聲道平衡、聲像展寬等功能都在此環(huán)節(jié)完成。6.2前置放大器

2023/8/42.前置放大器中的主控放大器也稱控制放大器或2023/8/7前置放大器主要功能電路有以下幾個部分。6.2.1均衡放大電路

均衡放大電路是校正輸入信號的頻率響應(yīng)并進行放大而設(shè)置的專用電路。過去常見的有：電磁唱頭均衡放大電路、磁頭均衡放大電路。6.2前置放大器

2023/8/4前置放大器主要功能電路有以下幾個部分。6.2023/8/7音調(diào)控制電路通過對高、中、低音調(diào)的調(diào)節(jié)，以適應(yīng)節(jié)目的特點并滿足不同聽音者的要求。音調(diào)控制的基本原理是調(diào)節(jié)衰減網(wǎng)絡(luò)或者反饋網(wǎng)絡(luò)的頻率特性，使其對高、中、低不同頻率的信號產(chǎn)生不同程度的衰減或反饋，達到調(diào)節(jié)輸出頻率響應(yīng)的目的。6.2.2音調(diào)控制電路

2023/8/4音調(diào)控制電路通過對高、中、低音調(diào)的調(diào)節(jié)，以適2023/8/7音調(diào)控制電路的幅頻特性有四種情形：低音提升、低音衰減、高音提升及高音衰減。低音提升（或衰減）的轉(zhuǎn)折頻率f1一般為100Hz，高音提升（或衰減）的轉(zhuǎn)折頻率f3一般為10kHz，中頻轉(zhuǎn)折頻率f2一般為lkHz，6.2.3等響度控制電路6.2.4前置放大器中的分頻6.2.2音調(diào)控制電路

2023/8/4音調(diào)控制電路的幅頻特性有四種情形：低音提升、2023/8/76.3功率放大器

功率放大器的作用是將來自主控放大器的信號放大到能足夠推動相應(yīng)揚聲器所需的功率。功率放大的本質(zhì)就是將電源電能“轉(zhuǎn)化”為音頻信號電能。圖6-4功率放大器的組成方框圖

2023/8/46.3功率放大器功率2023/8/71.諧波失真

諧波失真是指功率放大器中非線性畸變的狀況，它是由非線性元器件所引起的，它使輸出信號中出現(xiàn)輸入信號中沒有的諧波成份，如圖6-5所示是產(chǎn)生二次諧波失真的情況。圖6-5產(chǎn)生二次諧波失真示意圖6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/41.諧波失真

諧波失真是指功率放大器中非線性2023/8/72.頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)又稱頻率特性，它又可細分為增益——頻率響應(yīng)和失真——頻率響應(yīng)。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/42.頻率響應(yīng)6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/73.輸出功率功率放大器輸出功率的表示方法有多種，其中最常用的是額定輸出功率，是指在額定負載阻抗下，放大器不失真的輸出功率，常常是由生產(chǎn)廠家來規(guī)定此值。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/43.輸出功率6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/7除額定輸出功率外，功率放大器的輸出功率，還有以下的種種表示方法：平均功率。它是瞬時功率在一周期內(nèi)的平均值。

有效值功率。它是瞬時功率的均方根值。

音樂功率。它是指放大器工作于音樂信號時的輸出功率，又稱動態(tài)輸出功率。

功率放大器的實際輸出功率與它所帶負載的阻抗大小有著密切聯(lián)系，在使用中需加注意。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/4除額定輸出功率外，功率放大器的輸出功率，還有2023/8/74.信噪比功率放大器額定輸出電壓與無信號輸入時輸出的噪聲電壓之比，稱為信噪比（S／N），常用dB來表示。即專業(yè)功放的信噪比通常要求大于100dB。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/44.信噪比功率放大器額定輸出電壓與無信號輸2023/8/75.輸入靈敏度

功率放大器達到額定輸出功率時，輸入信號所需的電平值，稱為輸入靈敏度。功放的輸入靈敏度約為+4dB（注：0dB為0.775V）。6.輸出阻抗

普通功率放大器輸出級的內(nèi)阻一般都很低,而輸出阻抗是指功率。

放大器能長期工作，并能使負載獲得最大輸出功率的匹配阻抗。功率放大器的輸出阻抗一般為2Ω、4Ω、8Ω和16Ω等。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/45.輸入靈敏度

2023/8/78.瞬態(tài)響應(yīng)瞬態(tài)響應(yīng)是表征放大器對信號（尤其是高頻信號）的跟隨能力。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/48.瞬態(tài)響應(yīng)6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/79.交越失真與削波失真交越失真是由于乙類推挽放大器功放管的起始導通非線性造成的，波形如圖6-6所示。圖（a)為輸入的無失真的正弦波信號，圖（b）為放大器輸出的交越失真信號。削波失真是功放管飽和時，放大器輸出信號不隨輸入信號的增大而增大，輸出波形尖峰被削平，稱為削波失真，如圖6-6（c）所示。圖6-6交越失真與削波失真

6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/49.交越失真與削波失真交2023/8/710.互調(diào)失真11.相位失真相位失真也稱相位畸變，功率放大器和其它聲頻系統(tǒng)，輸出信號與輸入信號之間一般是存在相位差的。12.瞬態(tài)互調(diào)失真由于負反饋很深，這種過載電壓值有時比額定值高幾十倍甚至幾百倍，因而輸出信號被削頂，從而造成了失真，這就是瞬態(tài)互調(diào)（TransientIntermoduiation）失真，簡寫TIM失真。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/410.互調(diào)失真11.相位失真12.瞬態(tài)互調(diào)2023/8/7怎樣減小甚至消除瞬態(tài)互調(diào)失真是廠家和消費者都關(guān)心的事情。經(jīng)過研究與實踐發(fā)現(xiàn)了很多的具體措施，這里僅列幾條如下。

(1)采用20～25dB較小的大環(huán)路負反饋，輔之以每級的少量局部負反饋，使整個放大器的開環(huán)增益控制在50dB左右。(2)選用特征頻率高的晶體管，使放大器的頻響較好，至少要達到100kHz。前級各管頻率需達到40～200MHz，末級功放管應(yīng)達到2－4MHz。(3)放大器應(yīng)盡量采用對稱電路結(jié)構(gòu)，各級均采用推挽電路并達到全互補對稱方式。(4)在保證一定信噪比前提下，輸入級的靜態(tài)電流適當取大一些，這樣可減小晶體管發(fā)生過載現(xiàn)象的可能性。比如一些前級采用甲類方式靜態(tài)電流高達50mA，可使后級在瞬態(tài)輸出時得到充足的電流供給，提高整機瞬態(tài)特性。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/4怎樣減小甚至消除瞬態(tài)互調(diào)失真是廠家和消費者都2023/8/7(5)采用高、低壓雙電源供電方式，前級放大由高壓電源供電，以提高過載能力并擴展晶體管線性區(qū)域。(6)在電壓放大級的發(fā)射極反饋電阻上并聯(lián)一個合適的小電容，將滯后補償改為提前補償，以提高放大器的開環(huán)頻響，減小瞬態(tài)互調(diào)失真，并且能夠增加頻帶寬度。(7)在放大器輸入端加接無源濾波器，以免超聲頻或射頻信號串入，形成輸入級瞬間過載。6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/4(5)采用高、低壓雙電源供電方式，前級放大2023/8/713.晶體管功放與電子管功放削波失真的比較圖6-7晶體管功放與電子管功放的過荷特性

6.4音頻放大器的主要性能指標2023/8/413.晶體管功放與電子管功放削波失真的比較2023/8/76.5音頻放大器的分類1.按所用電子元器件，可分為晶體管放大器、電子管（真空管）放大器集成電路放大器、厚膜功放及混合式放大器等等。2.按其結(jié)構(gòu)類型，則可分為合并式放大器、前后級分體式放大器和AV功放。3.若按電路工作狀態(tài)，可分為超甲類、甲類、甲乙類及丙類等等。也有按功放電路輸出形式，可分為變壓器輸出、OTL、OCL、直接耦合及BTL類等等4.按與揚聲器的連接方式，可分為定阻輸出、定壓輸出功率放大器。2023/8/46.5音頻放大器的分類1.按所用電子元器件，2023/8/76.6功率放大器的電路形式

下面簡述常用的幾種晶體管功率放大器的電路形式1.OTL功率放大器(1)準互補型OTL功率放大器電路：圖6-8為準互補型OTL功率放大器的實用電路。(2)全互補對稱OTL功率放大器電路：2023/8/46.6功率放大器的電路形式2023/8/7圖6-8準互補型OTL電路圖6-9全互補對稱OTL電路6.6功率放大器的電路形式

2023/8/4圖6-8準互補型OTL電路2023/8/7(1)準互補OCL功率放大器電路，準互補OCL功率放大器電路如圖6-10所示，這種放大器的輸出電路克服了OTL電路的缺陷。圖6-10準互補型OCL電路

6.6功率放大器的電路形式

2023/8/4(1)準互補OCL功率放大器電路，準互補OC2023/8/7(2)全互補對稱0CL功率放大器電路，這種放大器的輸出電路與全互補對稱OTL電路一樣，采用PNP大功率硅管與NPN大功率硅管組成全互補對稱推挽輸出電路。6.6功率放大器的電路形式

2023/8/4(2)全互補對稱0CL功率放大器電路，這種放2023/8/7這類功率放大器的特點是：（1）沒有任何電容，改善了電路的瞬態(tài)特性，抑制了開機沖擊聲；（2）采用互補雙差分輸入電路，對輸入的共模信號有較強的抑制能力，提高了中點電壓穩(wěn)定性。同時雙差分電路比較容易實現(xiàn)對后級的平衡激勵，使整個電路工作在更加對稱的狀態(tài)；（3）整機電路對稱性好，晶體管高頻特性好，特別是全對稱直流耦合電路，上下兩路完全對稱，開環(huán)畸變極小，不需要引入深度大環(huán)路負饋，大大降低瞬態(tài)互調(diào)失真；（4）取消了大環(huán)路反饋電容，交、直流反饋系數(shù)相等，電路對交、直流信號具有相同放大倍數(shù)，利于提高放大器的低頻響應(yīng)；（5）整個電路對晶體管的性能及配對要求極為嚴格，而且電路的輸入阻抗較低。2023/8/4這類功率放大器的特點是：2023/8/7BTL功率放大器圖6-12BTL電路原理圖

2023/8/4BTL功率放大器圖6-12BTL電2023/8/7利用兩組完全對稱的OCL功率放大器可以組成BTL功率放大器，圖6-13為一典型的平衡輸入式BTL功率放大器電路框圖，電路中兩組OCL電路交、直流多數(shù)完全對稱，電路增益取決于R1與R2的比值。圖6-13平衡輸入式BTL功率放大器

6.6功率放大器的電路形式

2023/8/4利用兩組完全對稱的OCL功率放大器可以組成B2023/8/76.7功率放大器的電源及保護電路

1.對功放電源的一般要求

圖6-14高頻開關(guān)電源與環(huán)型變壓器大動態(tài)信號時的電壓波動比較

2023/8/46.7功率放大器的電源及保護電路1.對功放2023/8/72.功放的保護電路

圖6-15常用保護電路框圖

6.7功率放大器的電源及保護電路

2023/8/42.功放的保護電路圖6-15常用保護電路2023/8/7（1）切斷負載式保護電路（2）分流式保護電路（3）輸入端保護電路圖6-16分流保護電路和揚聲器保護電路圖6-17放大器輸入端保護6.7功率放大器的電源及保護電路

2023/8/4（1）切斷負載式保護電路（2）分流式保護電2023/8/7事實上，最大均方根功率也是隨節(jié)目的性質(zhì)的不同而不同，通過大量設(shè)計實驗，我們可得出以下一些結(jié)論：

l．統(tǒng)計實驗表明，絕大多數(shù)節(jié)目（占88％）的最大均方根功率與平均均方根功率之比，在3～10倍的范圍內(nèi)。2．因為平均均方根功率取決于節(jié)目放聲的響度，所以應(yīng)該把額定功率定在相當于平均均方根功率的水平上。這時最大均方根功率為平均均方根功率的3～10倍。由于高保真度放聲要求最大均方根功率必須低于功放的削波功率，因此削波功率應(yīng)該大于額定功率的3～10倍。3．對高保真度專業(yè)放聲用功放的額定功率至多應(yīng)該是削波功率的10％，即使如此，尚有8％的少量節(jié)目在10倍功率儲備情況下，仍有巔峰被削波的情況出現(xiàn)。4．對專業(yè)放聲用功放，削波功率與平均功率之比，只能取大于10:1的比例。若降低要求，比如此比例?。?～7）:l，那么將有44％的節(jié)目的部分巔峰有被削波的危險?？梢?，民用高質(zhì)量功放最少也應(yīng)按此比例取值。6.8放大器的額定功率與功率儲備

2023/8/4事實上，最大均方根功率也是隨節(jié)目的性質(zhì)的不同2023/8/75．由分析可見，把額定功率定得和削波功率一樣高或稍低于削波功率都是不正確的。6．因為晶體管（含集成電路）功放在過載后產(chǎn)生明顯的削波，而電子管功放過載后，諧波畸變與互調(diào)畸變并不迅速增加，所以電子管功放的功率儲備量可以明顯低于上述比例。這也是為什么有時晶體管功放（特別是大功率的功放）測得的指標尚好，但放音質(zhì)量較差的主要原因。當然，普通存在于功放電路中的瞬態(tài)互調(diào)畸變，則是另一個原因。7．分析一下通常收音機、電視機音質(zhì)差的原因何在。15～20m2的居室，有1/20W的聲功率響度就夠了。收音機和電視機用的小功率揚聲器，其效率一般不到5