功率放大器的性能指標，功率放大器的應用

　　功率放大器簡(jiǎn)稱(chēng)功放，可以說(shuō)是各類(lèi)音響器材中最大的一個(gè)家族了，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)態(tài)以及不同的使用范圍和控制調節功能，不同的功放在內部的信號處理、線(xiàn)路設計和生產(chǎn)工藝上也各不相同。

　　功率放大器的性能指標：

　　無(wú)論AV放大器和Hi-Fi功放對功率放大器要求十分嚴格，在輸出功率、頻率響應、失真度、信噪比、輸出阻抗和阻尼系數等方面都有明確要求。

　?。ㄒ唬?、輸出功率

　　輸出功率是指功放電路輸送給負載的功率。目前人們對輸出功率的測量方法和評價(jià)方法很不統一，使用時(shí)注意。

　　1、額定功率（RMS）

　　它指在一定的諧波范圍內功放長(cháng)期工作所能輸出的最大功率（嚴格說(shuō)是正弦波信號）。經(jīng)常把諧波失真度為1%時(shí)的平均功率稱(chēng)為額定輸出功率或最大有用功率、持續功率、不失真功率等。很顯然規定的失真度前提不同時(shí)，額定功率數值將不相同。

　　2、最大輸出功率

　　當不考慮失真大小時(shí)，功放電路的輸出功率可遠高于額定功率，還可輸出更大數值的功率，它能輸出的最大功率稱(chēng)為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率

　　3、音樂(lè )輸出功率（MPO）

　　音樂(lè )輸出功率MPO是英文Music Power Outpur的縮寫(xiě)，它是指功放電路工作于音樂(lè )信號時(shí)的輸出功率，也就是輸出失真度不超過(guò)規定值的條件下，功放對音樂(lè )信號的瞬間最大輸出功率。

　　音樂(lè )輸出功率可以用來(lái)評價(jià)功放的動(dòng)態(tài)聽(tīng)音效果，例如在平穩的音樂(lè )過(guò)程后面突然出現了沖擊性強的打擊樂(lè )器聲音，有的功放電路可在瞬間提供很大的輸出功率給以力度感有使不完的勁；有的功放卻顯得力不從心底氣不足。為了反映這瞬間突發(fā)性輸出功率的能力可以用音樂(lè )輸出功率來(lái)量度。

　　4、峰值音樂(lè )輸出功率（PMPO）

　　它是最大音樂(lè )輸出功率，是功放電路的另一個(gè)動(dòng)態(tài)指標，若不考慮失真度功放電路可輸出的最大音樂(lè )功率就是峰值音樂(lè )輸出功率。

　　通常峰值音樂(lè )輸出功率大于音樂(lè )輸出功率，音樂(lè )輸出功率大于最大輸出功率，最大輸出功率大于額定輸出功率，經(jīng)實(shí)踐統計，峰值音樂(lè )輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。

　?。ǘ?、頻率響應

　　頻率響應反映功率放大器對音頻信號各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應不底于人耳的聽(tīng)覺(jué)頻率范圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率范圍為20-20kHz。國際規定一般音頻功放的頻率范圍是40-16 kHz±1.5dB。

　?。ㄈ?、失真

　　失真是重放音頻信號的波形發(fā)生變化的現象。波形失真的原因和種類(lèi)有很多，主要有諧波失真、互調失真、瞬態(tài)失真等。

　?。ㄋ模?、動(dòng)態(tài)范圍

　　放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動(dòng)態(tài)范圍。實(shí)際運用時(shí)，該比值使用dB來(lái)表示兩信號的電平差，高保真放大器的動(dòng)態(tài)范圍應大于90 dB。

　　自然界的各種噪聲形成周?chē)谋尘霸肼?，而周?chē)谋尘霸肼暫脱葑喑霈F的聲音強度相差很大，在通常情況下，將這個(gè)強度差稱(chēng)為動(dòng)態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統在輸入強信號時(shí)不應產(chǎn)生過(guò)載失真，而在輸入弱信號時(shí)，有不應被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒(méi)，為此好的音響系統應當具有較大的動(dòng)態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。

　?。ㄎ澹?、信噪比

　　信噪比是指聲音信號大小與噪聲信號大小的比例關(guān)系，將攻放電路輸出聲音信號電平與輸出的各種噪聲電平之比的分貝數稱(chēng)為信噪比的大小。

　?。?、輸出阻抗和阻尼系數

　　1、輸出阻抗

　　功放輸出端與負載（揚聲器）所表現出的等效內阻抗稱(chēng)為功放的輸出阻抗。

　　2、阻尼系數

　　阻尼系數是指功放電路給負載進(jìn)行電阻尼的能力。

　　功率放大器的術(shù)語(yǔ)：

　　工作范圍

　　工作范圍是指功率放大器在規定的失真度和額定輸出功率條件下的工作頻帶寬度，即功率放大器的最低工作頻率至最高工作頻率之間的范圍，單位Hz（赫茲）。放大器實(shí)際的工作頻率范圍可能會(huì )大于定義的工作頻率范圍。

　　工作模式

　　功率放大器的工作模式主要有以下幾種：

　　時(shí)分雙工（TDD）模式：

　　在TDD模式的移動(dòng)通信系統中，接收和傳送在同一頻率信道（即載波）的不同時(shí)隙，用保證時(shí)間來(lái)分離接收和傳送信道。

　　TDD系統有如下特點(diǎn)：

　?。?）不需要成對的頻率，能使用各種頻率資源，適用于不對稱(chēng)的上下行數據傳輸速率，特別適用于IP型的數據業(yè)務(wù)；

　?。?）上下行工作于同一頻率，電波傳播的對稱(chēng)特性使之便于使用智能天線(xiàn)等新技術(shù)，達到提高性能、降低成本的目的；

　　時(shí)分多址（TDMA）模式：

　　TDMA是時(shí)分多址（TIme Division MulTIple Access）的英文縮寫(xiě)。同一頻率的載波在某一特定時(shí)間內，分成若干相等的小時(shí)間段，供多個(gè)不同號碼的用戶(hù)使用不同的小時(shí)間段來(lái)實(shí)現連接的通信方式。簡(jiǎn)而言之，它是將一個(gè)狹窄的無(wú)線(xiàn)頻道分割成框架性的時(shí)間片斷（特別是3和8），并將每一個(gè)時(shí)間片斷分配給每一個(gè)用戶(hù)的數字無(wú)線(xiàn)技術(shù)。

　　傳輸增益

　　指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”（分貝）來(lái)表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號頻率的變化而提升或衰減。這項指標是考核功率放大器品質(zhì)優(yōu)劣的最為重要的一項依據。該分貝值越小，說(shuō)明功率放大器的頻率響應曲線(xiàn)越平坦，失真越小，信號的還原度和再現能力越強。

　　輸出功率

　　功率放大器的功率指標嚴格來(lái)講又有標稱(chēng)輸出功率和最大瞬間輸出功率之分。前者就是額定輸出功率，它可以解釋為諧波失真在標準范圍內變化、能長(cháng)時(shí)間安全工作時(shí)輸出功率的最大值；后者是指功率放大器的“峰值”輸出功率，它解釋為功率放大器接受電信號輸入時(shí)，在保證信號不受損壞的前提下瞬間所能承受的輸出功率最大值。

　　接收增益

　　增益是天線(xiàn)的主要指標之一，它是方向系數與效率的乘積，是天線(xiàn)輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決于系統設計對電波覆蓋區域的要求，簡(jiǎn)單地說(shuō)，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。而功率放大器的接收增益值越大，則接收性能越強。

　　避雷保護

　　常見(jiàn)的直擊避雷保護措施：

　?、?避雷針：避雷針用來(lái)保護工業(yè)與民用高層建筑以及發(fā)電廠(chǎng)、變壓所的屋外配電裝置、輸電線(xiàn)路個(gè)別區段、在雷電先導電路向地面延伸過(guò)程中，由于受到避雷針畸變電路的影響，會(huì )逐漸轉向并擊中避雷針，從而避免了雷電先導向被保護設備，擊毀被保護設備和建筑的可能性。由此可見(jiàn)，避雷針實(shí)際上是引雷針，它將雷電引向自己，從而保護其它設備免遭雷擊。

　?、?避雷線(xiàn)：避雷線(xiàn)也叫架空地線(xiàn)，它是沿線(xiàn)路架設在桿塔頂端，并具有良好接地的金屬導線(xiàn)，避雷線(xiàn)是輸電線(xiàn)路的主要防雷保護措施。

　?、?避雷帶、避雷網(wǎng)：在建筑物上沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷擊部位敷設的金屬網(wǎng)格，主要用于保護高大的民用建筑。

　　浪涌保護

　　浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過(guò)電壓。本質(zhì)上講，浪涌是發(fā)生在僅僅幾百萬(wàn)分之一秒時(shí)間內的一種劇烈脈沖，?？赡芤鹄擞康脑蛴校褐匦驮O備、短路、電源切換或大型發(fā)動(dòng)機。而含有浪涌阻絕裝置的產(chǎn)品可以有效地吸收突發(fā)的巨大能量，以保護連接設備免于受損。

　　浪涌保護器，也叫信號防雷保護器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線(xiàn)路提供安全防護的電子裝置。當電氣回路或者通信線(xiàn)路中因為外界的干擾突然產(chǎn)生尖峰電流或者電壓時(shí)，浪涌保護器能在極短的時(shí)間內導通分流，從而避免浪涌對回路中其他設備的損害。

　　功率放大器的應用：

　　無(wú)論在全球移動(dòng)通信系統、第三代移動(dòng)通信系統、無(wú)線(xiàn)局域網(wǎng)等民用領(lǐng)域，還是在雷達、電子戰、導航等軍用領(lǐng)域，射頻功率放大器作為這些系統中的前端器件，對其低耗、高效、體積小的要求迅速增加。

　　眾所周知，功率放大器是射頻電路眾多模塊中功率損耗最大的，作為系統的核心和前端部分，它的效率將直接影響系統效率，因此效率問(wèn)題成為現代功率放大器的研究熱點(diǎn)。在大多數功率放大器中，功率損耗的主要是晶體管損耗，主要由電壓和電流產(chǎn)生的，從而提出開(kāi)關(guān)類(lèi)功率放大器，主要有D類(lèi)，E類(lèi)和F類(lèi)。其中F類(lèi)功率放大器專(zhuān)門(mén)設計一個(gè)諧波網(wǎng)絡(luò )來(lái)實(shí)現漏極電壓和電流波形控制。理論上，F類(lèi)功率放大器的漏極效率為100%，被稱(chēng)為新一代功率放大器。

　　傳統功率放大器由于輸出電路上的功率消耗，其工作效率很低。為增加傳統功率放大器的工作效率，理想的F類(lèi)功率放大器使用輸出濾波器對晶體管輸出電壓或電流中的諧波成分進(jìn)行控制，歸整晶體管輸出的電壓和電流波形。從而實(shí)現集電極電流的角度參數為90°，即保持集電極波形為半個(gè)正弦波，集電極電壓波形為方波，并且兩者的相位差是λ/4，這樣集電極電壓和電流的波形就沒(méi)有交疊區，從而達到100%的理想效率。