
功率放大器在现实中有很多应用,比如A类功率放大器。在之前的文章中,边肖介绍了功率放大器的技术指标、工作原理和定义。为了增进人们对功率放大器的了解,本文将讨论功率放大器的分类。如果你对这篇文章的内容感兴趣,不妨继续读下去。
功率放大器(简称功放)“功率放大器”,顾名思义,就是放大“功率”的放大器。微弱的输入信号,如麦克风、VCD、微波等。被发送到前置放大器电路,该前置放大器电路被放大到足以驱动功率放大器的信号幅度。最后是后级的功放电路驱动喇叭或其他设备,它最大的作用就是作为“输出级”使用。从另一个角度来说,就是放大大信号的电流,达到功率放大的目的。广义来说,功率放大器并不局限于音频放大,在很多场合都会用到,比如射频、微波、激光等等。
一、纯A类功率放大器
甲类功率放大器,也称为A类功率放大器,是一种完全线性的放大器。纯A类功放工作时,不管有无信号,晶体管的正负通道都是常开的,这意味着更多的功率被消耗为热量。A类功放在汽车音响的应用中并不多见,比如意大利的Sinfoni高品质系列。这是因为纯A类功放的效率很低,通常只有20-30%,音响发烧友津津乐道的是它的声音表现。
二、 B类功率放大器
乙类功放又称乙类功放,也称线性放大器,但其工作原理与纯甲类功放完全不同。乙类功放工作时,除非有信号输入,晶体管的正负通道通常是闭合的,也就是说,当正信号来的时候,只有正通道工作,负通道闭合,两个通道永远不会同时工作,所以在没有信号的部分根本没有功率损耗。但正负通道通断时,往往会出现交叉失真,尤其是在低电平时,所以乙类功放并不是真正的高保真功放。在实际应用中,其实早期的汽车音响功放很多都是B类功放,因为效率高。
三、甲乙类功率放大器
A类和B类功率放大器,也称为AB类功率放大器,是一种兼容A类和B类功率放大器优点的设计。在没有信号或者信号很小的时候,晶体管的正负通道一直都是导通的,然后就掉电了,不过没有甲类功放那么严重。当信号为正相位时,负相位通道总是在信号变强之前打开,而当信号变强时,负相位通道关闭。当信号为负时,正负通道的工作方向相反。AB类功放的缺点是会产生交越失真,但对比其效率比和保真度,优于A类和B类功放。AB类功放也是目前汽车音响中应用最广泛的设计。
四、D级功率放大器
D类放大器不同于上述的A类、B类或AB类放大器。它的工作原理是基于开关晶体管,可以在极短的时间内完全导通或关断。两个晶体管不会同时导通,所以产生的热量很少。这类放大器的效率极高(约90%),在理想情况下可以达到100%,而AB类放大器的效率为78.5%。另一方面,开关模式也增加了输出信号的失真。D类放大器的电路分为三级:输入开关级、功率放大级和输出滤波级。D类放大器工作在开关状态时可以采用脉宽调制(PWM)模式。可以使用PWM将音频输入信号转换成高频开关信号,并且通过比较器将音频信号与高频三角波进行比较。当反相端的电压高于同相端的电压时,输出处于低电平。当反相端的电压低于同相端的电压时,输出为高电平。
在D类放大器中,比较器的输出接在功放电路上,功放电路用MOSFET代替BJT,因为前者响应时间更快,所以适合高频工作模式。D类放大器需要两个MOSFET,它们可以在极短的时间内完全导通或关断。当MOSFET完全导通时,其管压降非常低;当MOSFET完全关断时,通过电子管的电流为零。两个MOSFET交替工作的开关速度很快,所以效率极高,产生的热量很低,所以D类放大器不需要很大的散热器。
d类功放还有很多其他名字,比如t类,都是d类功放的变体。在实际应用中,直到1980年,由于MOSFET的出现,这种开关功率放大器才得到迅速发展。在实际开发过程中,虽然有高效率,但也存在高失真、高噪音、阻尼因子差的问题。随着技术的发展,这样的缺陷会越来越少。估计未来D类功放在汽车音响领域的应用会更加广泛。
五、T级放大器
T类功放的功率输出电路与脉宽调制D类功放相同,功率晶体管也处于开关状态,效率与D类功放相同。然而,它与普通D类功率放大器的不同之处在于,首先,它不使用脉宽调制。Tripath公司发明了一种数字功率技术,叫做数字功率处理(DPP),是T类功率放大器的核心。这里应用了通信技术中处理小信号的自适应算法和预测算法。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后,用来控制功率晶体管的通断。从而实现音质的高保真线性放大。
其次,其功率晶体管的开关频率不是固定的,无用元件的功率谱不是集中在载波频率两侧的窄频带内,而是分散在一个很宽的频带内。让声音的细节在整个频段都清晰可闻。此外,T类功放的动态范围更宽,频率响应平坦。DDP的出现将数字时代的功放推向了一个新的高度。高保真方面,线性度优于传统的AB功放。









