放大器的基本原理和流程

一、什么是放大器

放大器是用于描述產(chǎn)生和增加其輸入信號(hào)版本的電路的通用術(shù)語(yǔ)。但并非所有放大電路都相同，因?yàn)樗鼈兪歉鶕?jù)其電路配置和操作模式進(jìn)行分類(lèi)的。

在“電子"中，小信號(hào)放大器是常用的設(shè)備，因?yàn)樗鼈兡軌驅(qū)⑾鄬?duì)較小的輸入信號(hào)(例如來(lái)自傳感器(如光電設(shè)備))放大為更大的輸出信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)繼電器、燈或以揚(yáng)聲器為例。

有許多形式的電子電路被歸類(lèi)為放大器，從運(yùn)算放大器和小信號(hào)放大器到大信號(hào)和功率放大器。放大器的分類(lèi)取決于信號(hào)的大小、其物理配置以及它如何處理輸入信號(hào)，即輸入信號(hào)與負(fù)載中流動(dòng)的電流之間的關(guān)系。

二、放大器的分類(lèi)和原理

1、純甲類(lèi)功率放大器

純甲類(lèi)功率放大器又稱(chēng)為A類(lèi)功率放大器(Class A)，它是一種wan全的線(xiàn)性放大形式的放大器。在純甲類(lèi)功率放大器工作時(shí)，晶體管的正負(fù)通道不論有或沒(méi)有信號(hào)都處于常開(kāi)狀態(tài)，這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類(lèi)功率放大器在汽車(chē)音響的應(yīng)用中比較少見(jiàn)，像意大利的Sinfoni高品質(zhì)系列才有這類(lèi)功率放大器。這是因?yàn)榧兗最?lèi)功率放大器的效率非常低，通常只有20-30%，音響發(fā)燒友們對(duì)它的聲音表現(xiàn)津津樂(lè)道。

2、乙類(lèi)功率放大器

乙類(lèi)功率放大器，也稱(chēng)為B類(lèi)功率放大器(Class B)，它也被稱(chēng)為線(xiàn)性放大器，但是它的工作原理與純甲類(lèi)功率放大器wan全不同。B類(lèi)功放在工作時(shí)，晶體管的正負(fù)通道通常是處于關(guān)閉的狀態(tài)除非有信號(hào)輸入，也就是說(shuō)，在正相的信號(hào)過(guò)來(lái)時(shí)只有正相通道工作，而負(fù)相通道關(guān)閉，兩個(gè)通道絕不會(huì)同時(shí)工作，因此在沒(méi)有信號(hào)的部分，wan全沒(méi)有功率損失。但是在正負(fù)通道開(kāi)啟關(guān)閉的時(shí)候，常常會(huì)產(chǎn)生跨越失真，特別是在低電平的情況下，所以B類(lèi)功率放大器不是真正意義上的高保真功率放大器。在實(shí)際的應(yīng)用中，其實(shí)早期許多的汽車(chē)音響功放都是B類(lèi)功放，因?yàn)樗男时容^高。

3、甲乙類(lèi)功率放大器

甲乙類(lèi)功率放大器也稱(chēng)為AB類(lèi)功率放大器(Class AB)，它是兼容A類(lèi)與B類(lèi)功放的優(yōu)勢(shì)的一種設(shè)計(jì)。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)或信號(hào)非常小時(shí)，晶體管的正負(fù)通道都常開(kāi)，這時(shí)功率有所損耗，但沒(méi)有A類(lèi)功放嚴(yán)重。當(dāng)信號(hào)是正相時(shí)，負(fù)相通道在信號(hào)變強(qiáng)前還是常開(kāi)的，但信號(hào)轉(zhuǎn)強(qiáng)則負(fù)通道關(guān)閉。當(dāng)信號(hào)是負(fù)相時(shí)，正負(fù)通道的工作剛好相反。AB類(lèi)功率放大器的缺陷在于會(huì)產(chǎn)生交越失真，但是相對(duì)于它的效率比以及保真度而言，都優(yōu)于A類(lèi)和B類(lèi)功放，AB類(lèi)功放也是目前汽車(chē)音響中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)。

4、D類(lèi)功率放大器

D類(lèi)放大器與上述A，B或AB類(lèi)放大器不同，其工作原理基于開(kāi)關(guān)晶體管，可在極短的時(shí)間內(nèi)wan全導(dǎo)通或wan全截止。兩只晶體管不會(huì)在同一時(shí)刻導(dǎo)通，因此產(chǎn)生的熱量很少。這種類(lèi)型的放大器效率ji高(90%左右)，在理想情況下可達(dá)100%，而相比之下AB類(lèi)放大器僅能達(dá)到78.5%。不過(guò)另一方面，開(kāi)關(guān)工作模式也增加了輸出信號(hào)的失真。D類(lèi)放大器的電路共分為三級(jí)：輸入開(kāi)關(guān)級(jí)、功率放大級(jí)以及輸出濾波級(jí)。D類(lèi)放大器工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下可以采用脈寬調(diào)制(PWM)模式。利用PWM能將音頻輸入信號(hào)轉(zhuǎn)換為高頻開(kāi)關(guān)信號(hào)，通過(guò)一個(gè)比較器將音頻信號(hào)與高頻三角波進(jìn)行比較，當(dāng)反相端電壓高于同相端電壓時(shí)，輸出為低電平;當(dāng)反相端電壓低于同相端電壓時(shí)，輸出為高電平。

在D類(lèi)放大器中，比較器的輸出與功率放大電路相連，功放電路采用金屬氧化物場(chǎng)效應(yīng)管(MOSFET)替代雙極型晶體管(BJT)，這是由于前者具有更快的響應(yīng)時(shí)間，因而適用于高頻工作模式。D類(lèi)放大器需要兩只MOSFET，它們?cè)诜浅６痰臅r(shí)間內(nèi)可wan全工作在導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)下。當(dāng)一只MOSFETwan全導(dǎo)通時(shí)，其管壓降很低;而當(dāng)MOSFETwan全截止時(shí)，通過(guò)管子的電流為零。兩只MOSFET交替工作在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)的開(kāi)關(guān)速度非?？?，因而效率ji高，產(chǎn)生的熱量很低，所以D類(lèi)放大器不需要很大的散熱器。

D類(lèi)功放還有其它許多的稱(chēng)法，如T類(lèi)等，它們都是D類(lèi)功放的一種變形。在實(shí)際應(yīng)用中，直到1980以后，由于MOSFET的出現(xiàn)，這種開(kāi)關(guān)式功放才得以迅速發(fā)展。在實(shí)際的發(fā)展過(guò)程中，雖然有高效率，但同時(shí)也有高失真，高噪聲以及較差的阻尼因素。隨著技術(shù)的發(fā)展，這類(lèi)缺陷將越來(lái)越少，估計(jì)未來(lái)D類(lèi)功放在汽車(chē)音響領(lǐng)域中會(huì)得到更加廣泛的應(yīng)用。

5、T類(lèi)放大器

T類(lèi)功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類(lèi)功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，效率和D類(lèi)功率放大器相當(dāng)。但它和普通D類(lèi)功率放大器不同的是：首先，它不是使用脈沖調(diào)寬的方法，Tripath公司發(fā)明了一種稱(chēng)作數(shù)碼功率放大器處理器“Digital Power Processing (DPP)"的數(shù)字功率技術(shù)，它是T類(lèi)功率放大器的核心。它把通信技術(shù)中處理小信號(hào)的適應(yīng)算法及預(yù)測(cè)算法用到這里。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流經(jīng)過(guò)DPP數(shù)字處理后，用于控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉。從而使音質(zhì)達(dá)到高保真線(xiàn)性放大。

其次，它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無(wú)用分量的功率譜并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上。使聲音的細(xì)節(jié)在整個(gè)頻帶上都清晰可“聞"。此外，T類(lèi)功率放大器的動(dòng)態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦。DDP的出現(xiàn)，把數(shù)字時(shí)代的功率放大器推到一個(gè)新的高度。在高保真方面，線(xiàn)性度與傳統(tǒng)AB類(lèi)功放相比有過(guò)之而無(wú)不及。

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