常見(jiàn)9大功放電路
功放,顧名思義就是功率放大的縮寫,與電壓或者電流放大來(lái)說(shuō),功放要求獲得一定的、不失真的功率,一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。
因此,功放電路一般包含電壓放大或者電流放大電路沒(méi)有的特殊問(wèn)題,具體表現(xiàn)在:
- 輸出功率盡可能大;
- 通常在大信號(hào)狀態(tài)下工作;
- 非線性失真突出;
- 提高效率是重要的關(guān)注點(diǎn);
- 功率器件的安全問(wèn)題。
而對(duì)于音頻功放電路,也需要注意以上的問(wèn)題,根據(jù)放大電路的導(dǎo)電方式不同,音頻功放電路按照模擬和數(shù)字兩種類型進(jìn)行分類。
模擬音頻功放通常有A類、B類、AB類、G類、H類、TD功放,數(shù)字電路功放分為D類、T類,下文對(duì)以上的功放電路做詳細(xì)的介紹和分析。
01A類功放(又稱甲類功放)
A類功放如上圖,在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)電流截止(即停止輸出)的一類放大器,但是A類放大器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高熱,效率很低。盡管A類功放有以上的弊端,但固有的優(yōu)點(diǎn)是不存在交越失真,并且內(nèi)部原理存在著一些先天優(yōu)勢(shì),是重播音樂(lè)的理想選擇。它能提供非常平滑的音質(zhì),音色圓潤(rùn)溫暖,高頻透明開(kāi)揚(yáng),中頻飽滿通透的優(yōu)點(diǎn)。單端放大器都是甲類工作方式,推挽放大器可以是甲類,也可以是乙類或甲乙類。
02B類功放(又稱乙類功放)
B類功放是指正弦信號(hào)的正負(fù)兩個(gè)半周分別由推挽輸出級(jí)的兩個(gè)晶體管輪流放大輸出的一類放大器,每一晶體管的導(dǎo)電時(shí)間為信號(hào)的半個(gè)周期,通常會(huì)產(chǎn)生我們所說(shuō)的交越失真。
通過(guò)模擬電路的調(diào)整可以將該失真盡量的減小甚至消失,B類放大器的效率明顯高于A類功放。
03AB類功放(又稱甲乙類)
AB類功放界于甲類和乙類之間,推挽放大的每一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于信號(hào)的半個(gè)周期而小于一個(gè)周期。因此AB類功放有效解決了乙類放大器的交越失真問(wèn)題,效率又比甲類放大器高,因此獲得了極為廣泛的應(yīng)用。
04D類功放(又稱丁類功放)
D類功放也稱數(shù)字式放大器,利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)電路來(lái)放大音頻信號(hào),具體工作原理如下:D類功放采用異步調(diào)制的方式,在音頻信號(hào)周期發(fā)生變化時(shí),高頻載波信號(hào)仍然保持不變。
因此,在音頻頻率比較低的時(shí)候,PWM的載波個(gè)數(shù)仍然較高,因此對(duì)抑制高頻載波和減少失真非常有利,而載波的變頻帶原理音頻信號(hào)頻率,因此也不存在與基波之間的相互干擾問(wèn)題。
許多功率高達(dá)1000W的丁類放大器,體積只不過(guò)像VHS錄像帶那么大,這類放大器不適宜于用作寬頻帶的放大器,但在有源超低音音箱中有較多的應(yīng)用。
05G類功放
G類功放為一種多電源的AB類功放的改進(jìn)形式,G類功放充分利用了音頻都具有極高峰值因數(shù) (10-20dB) 的這一有利條件。大多數(shù)時(shí)候,音頻信號(hào)都處在較低的幅值,極少時(shí)間會(huì)表現(xiàn)出更高的峰值,下圖是G類功放集成IC的一個(gè)典型功能框圖。
G類放大器使用自適應(yīng)電源軌,并利用一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)產(chǎn)生耳機(jī)放大器正電源電壓。
充電泵對(duì)放大器正電源電壓進(jìn)行反相,并產(chǎn)生放大器負(fù)電源電壓,這樣便讓耳機(jī)放大器輸出可以集中于0V,音頻信號(hào)幅值較低時(shí),降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)低放大器負(fù)電源電壓。
這樣便在播放低噪聲、高保真音頻的同時(shí)最小化了G類放大器的功耗,相比傳統(tǒng)的AB類耳機(jī)放大器,G類放大器擁有更高的效率。
該類功放的放大原理與AB類功放放大相同,一個(gè)重要特點(diǎn)是供電部分采用兩組或者多組電壓,低功率運(yùn)行使用低電壓,高功率自動(dòng)切換到高電壓。
06H類功放
該類功放的放大電路部分與AB類功放的原理相同,但是供電部分采用可調(diào)節(jié)多級(jí)輸出電壓的開(kāi)關(guān)電源,自動(dòng)檢測(cè)輸出功率進(jìn)行供電電壓的選擇。
07K類功放
K類功放是集成了內(nèi)部自舉升壓電路和各種功放電路,大家都知道D類功放只是眾多功放電路中其中一種效率比較高的數(shù)字功放。而K類功放只是根據(jù)需要將內(nèi)部集成的自舉升壓電路和所需求的功放電路,如果需求效率高就加D類功放,要音質(zhì)好就加AB類功放。
08T類功放
該類功放的原理與D類功放的原理相同,但是信號(hào)部分采用DDP技術(shù)(核心是小信號(hào)的適應(yīng)算法和預(yù)測(cè)算法)。
工作原理如下:音頻信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流全部經(jīng)過(guò)DDP進(jìn)行運(yùn)算處理后控制大功率高頻晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)閉,從而達(dá)到音頻信號(hào)的高保真線性放大。
該類功放具有效率高、失真小,音質(zhì)可以與AB類功放媲美的一類功放。
上圖是TA2020的內(nèi)部模塊構(gòu)造,從上圖上可以看出,該芯片內(nèi)部主要集中了處理和調(diào)制模塊,從而實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音頻的特性。
09TD類功放
該類音頻功放的放大部分與AB類功放原理相同,但是供電部分采用完全獨(dú)立的高精度可調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)輸出的可調(diào)節(jié)數(shù)字電源,電壓遞進(jìn)值為0.1V,自動(dòng)檢測(cè)功率來(lái)調(diào)節(jié)電壓的升高或者降低。
該類功放由于需要高精度可調(diào)節(jié)的數(shù)字電源,需要對(duì)電源有專門的設(shè)計(jì),而不能集中在一個(gè)芯片上,因此,該類功放主要使用在高級(jí)音響上,而電路也比較復(fù)雜。對(duì)于后面6、7、9類功放,需要特殊的電源,因此不能將功能集中在一片IC上,而對(duì)于經(jīng)典的A類,B類,AB類和D類功放有專門的IC。
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,需要各種類型的,應(yīng)用在不同領(lǐng)域的功放電路,只需要以此為基礎(chǔ),外加相應(yīng)的電源或者處理模塊。
END
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