音频放大器简介

1、音频放大器简介功率放大器（简称功放）的作用是给音响放大器的负载 Rl （扬声器）提供一定的输出功 率，当负载一定时，输出功率尽可能大，输出信号的非线性失真尽可能小，效率才会高。音频放大器最早是由电子管放大器发展而来，为了满足需求，不断地加以改进。效率越来越高，主要应用在 TV、音响、笔记本电脑、PDA等便携式电子设备中。音频功放的分类A类放大器（也叫甲类放大器）特点：工作点Q设定在负载线的中心点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均可导通。如图1可单管工作，也可以推挽工作。失真度小，信号越小传真度越高。工作效率较低。图1B类放大器（也称乙类放大器）特点：静态点在（VCC 0）处，即在截止区，没有

2、信号输入时，输出端几乎不消耗功率，在 Vi 的正半周期内，Q1导通且Q2截止，所以，形成图2的输出端正半周正弦波； 同理，当Vi为 负半周时，Q1截止而Q2导通，结果形成输出端负半周正弦波，如图 2虚线部分所示。B类放大器在两管推挽工作时，效率最高，可达到78%因为放大器有一段时间工作在非线性区域内，会产生较大的交越失真。图2Vcc-Vcc图3 B类双端推挽放大器AB类放大器（甲乙类放大器）晶体管导通时间稍大于半周期， 使用两管推挽工作，可以避免交越失真。交替失真较大， 可以抵消偶次谐波失真。效率较高，晶体管功耗较小。AB类放大器是为解决 B类放大器在信号大小在-0.6V<Vi<0

3、.6V 之间时，Q1、Q2皆无法 导通所引起的，因此，如果我们在 Q1及Q2的VBE之间加上两个0.6V的电池，使输入信号 在±0.6V之间大小时，Q1、Q2也可以导通（彷佛一个A类放大器有加上 VB琳压一般），以 降低失真，Vc:图4 AB类放大器D类放大器（数字音频功率放大器）将输入音频信号或 PCM字信息变换成 PWM脉冲宽带调制）或 PDW（脉冲密度调制） 的脉冲信号，然后用脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称开关放大器。D类放大器有输入信号处理电路、开光信号形成电路、大功率开关电路（半桥或者全桥）、和低通滤波器（LC）等组成。特点：效率高。发热少、功耗低体

4、积小失真低、频率响应曲线好。但存在EMI电磁干扰，可能会对手机RF部分或者天线部分产生干扰，降低手机灵敏度D放大器基本架构如图 5所示，输入讯号经由脉波宽度调变器（Pulse Width Modulation）将音频信号调制成数字信号后，由功率晶体管（Q1,Q2）放大输出，再经由低通滤波器（Lf,Cf）取出原输入端的音频讯号送至喇叭输出。图5 D放大器基本架构由于功率晶体管输入为一数字信号，Q1,Q2工作处于饱和与截止两个状态，因此 Q1,Q2本身所消耗功率将非常小，提高整个放大器的效率，而使散热装置大幅减小进而在组件的设计上可以大大缩小其体积。各放大器的有点比较A类放大器B类放大器AB类放大

5、器D类放大器工作点位置负载线中点负载线截止点负载线中点与 截止点之间导通角度e =360°e =180°180° < e <360°失真度失真最小失真度略高于AB类，有交叉失真可消除交叉失 真失真低、频率 响应曲线好功率转移效率效率最低，在50蛆下效率约为50矫78.5%效率略低于B 类工作效率能打到85减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响扩 大机非线性音频放大器D类放大器的EMIEMI包括传导干扰 CE和辐射干扰RE以及谐波。来源：覆盖频段1MHz1GHz、250KHz-1.5MHz高频开关信号、纳秒级边沿切换、过冲振

6、荡。4 如电CMMB798MHzEMS包括静电抗干扰 ESD射频抗扰度 EFK电快速瞬变脉冲群抗扰度、浪涌抗扰度、 电压暂降抗扰度。EMI抑制措施：1 .扩展频谱调制技术，在更大的带宽内扩展开关 PWM1号的频谱能量。而不改变原始音 频内容。2 .改变PWMFF关信号的边沿速率。信号以载波频率为中心，任何一个边缘都不是按周期 重复，不仅维持了固定载波频率， 边沿也不是以固定比率跳变， 载波频率上的能量辐射得到 极大的降低。3 .使用LC滤波器或者磁珠滤波器以过滤高频谐波。中高功率由于 EMI太强用LC滤波 器，而小功率用磁珠处理即可。4 .PCB layout及器件摆放位置。D类到扬声器线路不

7、能太长，否则就是一天线。音响放大器主要技术指标及测试方法额定功率音响放大器输出失真度小于某一数值时的最大功率成为额定功率。Po=M2/Rl,Rl为额定负载阻抗；V0为负载两端最大不失真电压。VCc通常根据V。来选定VCc> 2且Vq测量P。的条件：信号发生器的输出信号 （音响放大器的输入信号） 的频率fi=1KHz,电压V=5mA,音调控 制器的两个电位器 RP、RP2置于中间位置，音量控制电位器置于最大， 用双踪示波器观测 V、 M的波形，失真度测量仪检测 Vo的波形失真。注意：在最大输出电压测量完成后应迅速减小V ,否则会因测量时间太久而损坏功率放大器。测量Po的步骤：功率放大器的P

8、o端接负载电阻 R （代替扬声器），逐渐增大输入电压 V,直到V。的波形刚好出现削波失真（或小于3%） ，此时对应的输出电压为最大输出电压，即可以根据上式算出额定功率。音调控制特性输入信号V （=100mV从音调控制级输入端的耦合电容加入，输出信号Vo从输入端的耦合电容引起。先测 1KHz处的电压增益 AVO=0dB,再分别测试低频特性和高频特性。同样，测高频特性是将RP2 的滑臂分别置于最左端和最右端，频率从1kHz 至 50kHz 变化， 分别测量对应的电压增益。最后绘制出音调控制特性曲线，并标注与fL1、 fX、 fL2、 f（0 1kHz） 、fH1、fH2等频率对应的电压增益。频率响

9、应放大器的电压增益相当于中音频率fo （1kHz）的电压增益下降3dB时对应低音频截止频率fL和高音频截止频率fH,称fLfH为放大器的响应频率。测量条件：调节 RB使输出电压为最大输出电压的50%测量步骤：音响放大器的输入端接V （约5mV, RP、RP2置于最左端，使信号发生器的输出频率fi从20Hz至50kHz变化（保持 V不变），测量负载电阻 R上对应的输出电压 Vo, 用半对数坐标绘出频率响应曲线，并在曲线上标注fL和fH值。输入灵敏度使音响放大器输出额定功率时所需输入电压（有效值），称为输入灵敏度VS。测量条件与额定功率测量相同。测量方法：使Vi 从零开始逐渐增加，直到Vo 达到额定功率时所对应的电压值，此时对应的Vi 即为输入