音頻放大器背景介紹及其分類(lèi)等基礎知識

音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀的歷史了，最早的電子管放大器的第一個(gè)應用就是音頻放大器。然而直到現在為止，它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因為人類(lèi)的聽(tīng)覺(jué)是各種感覺(jué)中的相當重要的一種，也是最基本的一種。為了滿(mǎn)足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。

進(jìn)入21世紀以后，各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機，到作為娛樂(lè )設備的MP3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設備。陸續將要普及的還有便攜式電視機，便攜式DVD等等。所有這些便攜式的電子設備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長(cháng)的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類(lèi)放大器被開(kāi)發(fā)出來(lái)了。它的最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。

高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設備中需要，在大功率的電子設備中也需要。因為，功率越大，效率也就越重要。而隨著(zhù)人們的居住條件的改善，高保真音響設備和更高檔的家庭影院也逐漸開(kāi)始興起。在這些設備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。

音頻放大器背景

音頻放大器的目的是在產(chǎn)生聲音的輸出元件上重建輸入的音頻信號，信號音量和功率級都要理想——如實(shí)、有效且失真低。音頻范圍為約20Hz～ 20kHz，因此放大器在此范圍內必須有良好的頻率響應(驅動(dòng)頻帶受限的揚聲器時(shí)要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根據應用的不同，功率大小差異很大，從耳機的毫瓦級到TV或PC音頻的數瓦，再到“迷你”家庭立體聲和汽車(chē)音響的幾十瓦，直到功率更大的家用和商用音響系統的數百瓦以上，大到能滿(mǎn)足整個(gè)電影院或禮堂的聲音要求。

音頻放大器的一種簡(jiǎn)單模擬實(shí)現方案是采用線(xiàn)性模式的晶體管，得到與輸入電壓成比例的輸出電壓。正向電壓增益通常很高(至少40dB)。如果反饋環(huán)包含正向增益，則整個(gè)環(huán)增益也很高。因為高環(huán)路增益能改善性能，即能抑制由正向路徑的非線(xiàn)性引起的失真，而且通過(guò)提高電源抑制能力(PSR)來(lái)降低電源噪聲，所以經(jīng)常采用反饋。

音頻放大器類(lèi)別

長(cháng)期以來(lái)，高品質(zhì)音頻放大器的工作類(lèi)別，只限于A(yíng)類(lèi)(甲類(lèi))和AB類(lèi) (甲乙類(lèi))。其原因在于過(guò)去只有電子管這樣的器件，B類(lèi)(乙類(lèi))電子管放大器產(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時(shí)都難于被人們所接受。所有的自稱(chēng)為高保真放大器均工作于推挽式的A類(lèi)(甲類(lèi))。

隨著(zhù)半導體器件的出現和發(fā)展，放大器的設計得到了更多的自由。就放大器的類(lèi)別而言，已不限于A(yíng) 類(lèi)(甲類(lèi))和AB類(lèi)(甲乙類(lèi))，而出現了更多類(lèi)別的放大器。為了使讀者對此有所了解，這里僅就筆者所知的各種類(lèi)別的放大器簡(jiǎn)介如下。不過(guò)需要指出，就目前來(lái)說(shuō)用于音頻功率放大器的工作類(lèi)別，A類(lèi)(甲類(lèi))、AB類(lèi)(甲乙類(lèi))和B類(lèi)(乙類(lèi))這三類(lèi)放大器仍覆蓋著(zhù)半導體放大器的絕大多數。

一、A類(lèi)(甲類(lèi))放大器　

A類(lèi)(甲類(lèi))放大器，是指電流連續地流過(guò)所有輸出器件的一種放大器。這種放大器，由于避免了器件開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的非線(xiàn)性，只要偏置和動(dòng)態(tài)范圍控制得當，僅從失真的角度來(lái)看，可認為它是一種良好的線(xiàn)性放大器。

A類(lèi)放大器在結構上，還有兩類(lèi)不同的工作方式。其中一類(lèi)是將兩個(gè)射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負載下有足夠的電流流過(guò)，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì )突然地耗盡輸出電流，如果負載阻抗低于標定值，放大器會(huì )短期出現截止現象，在失真上可能略有增加，但不致出現直感上的嚴重缺陷。另一類(lèi)可稱(chēng)作為控制電流源型(VCIS)，它本質(zhì)上是一個(gè)單獨的射極跟隨器，并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負載，以達到合適的電流泄放。這一類(lèi)作為輸出級時(shí)，需要在開(kāi)始設計之前就把所要驅動(dòng)的阻抗是多低搞清楚。

二、B類(lèi)(乙類(lèi))放大器

B類(lèi)(乙類(lèi))放大器，是指器件導通時(shí)間為50％的一種工作類(lèi)別。這類(lèi)放大器可以說(shuō)是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99％是屬于這一類(lèi)。

三、AB類(lèi)[甲乙類(lèi))放大器　

AB類(lèi)(甲乙類(lèi))放大器，實(shí)際上是A類(lèi)(甲類(lèi))和B類(lèi)(乙類(lèi))的結合，每個(gè)器件的導通時(shí)間在50—100％之間，依賴(lài)于偏置電流的大小和輸出電平。該類(lèi)放大器的偏置按B類(lèi)(乙類(lèi))設計，然后增加偏置電流，使放大器進(jìn)入AB類(lèi)(甲乙類(lèi))。

AB類(lèi)(甲乙類(lèi))放大器在輸出低于某一電平時(shí)，兩個(gè)輸出器件皆導通，其狀態(tài)工作于A(yíng)類(lèi)(甲類(lèi))；當電平增高時(shí)，兩個(gè)器件將完全截止，而另一個(gè)器件將供給更多的電流。這樣在A(yíng)B類(lèi)(甲乙類(lèi))狀態(tài)開(kāi)始時(shí)，失真將會(huì )突然上升，其線(xiàn)性劣于A(yíng)類(lèi)(甲類(lèi)) 或B類(lèi)(乙類(lèi))。不過(guò)筆者認為，它的正當使用在于它對A類(lèi)(甲類(lèi))的補充，且當面向低負載阻抗時(shí)可繼續較好地工作。

四、C類(lèi)(丙類(lèi))放大器　

C類(lèi)(丙類(lèi))放大器，是指器件導通時(shí)間小于50％的工作類(lèi)別。這類(lèi)放 大器，一般用于射頻放大，很難找到用于音頻放大的實(shí)例。

五、D類(lèi)(丁類(lèi))放大器

這類(lèi)放大器，其特點(diǎn)是斷續地轉換器件的開(kāi)通，其頻率超過(guò)音頻，可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時(shí)電平，這種情況被稱(chēng)為脈寬調制(PWM)，其效率在理論上來(lái)說(shuō)是很高的。但是，實(shí)際困難還是非常大的，因為200kHz的高功率方波是不是好的出發(fā)點(diǎn)尚不清楚；從失真的角度來(lái)看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個(gè)陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚聲器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個(gè)電感(考慮立體聲)，成本自然不會(huì )低。此外，表現在頻響方面，它只能對某一特定負載阻抗保證平坦的頻率響應。

六、E類(lèi)(戊類(lèi))放大器　

這類(lèi)放大器，是一個(gè)極端聰明的半導體技術(shù)應用，它在幾乎所有工作時(shí)間內，通過(guò)的電壓或電流是較小的，亦即功率耗散很低。遺憾的是，它僅用于射頻技術(shù)，而不用于音頻。

七、F類(lèi)(己類(lèi))放大器　

這類(lèi)放大器，就筆者目前所知并不存在，似乎是需要補充的空缺。

八、G類(lèi)(庚類(lèi))放大器

這類(lèi)放大器，似乎與B類(lèi)(乙類(lèi))或AB(甲乙類(lèi))的放大器有些類(lèi)似。對于小的輸出信號，它的供電電流來(lái)自低電壓源；而對于‘大信號’，供電將轉換到較高的電壓源。這樣，一定比B類(lèi)(乙類(lèi))的效率更高。但是，這種改進(jìn)似乎不能超越多路輸出器件的成本以及使開(kāi)關(guān)二極管在高頻時(shí)轉換干凈利落的技術(shù)難點(diǎn)，以致使其使用不適合某些高功率的專(zhuān)業(yè)設備。此外，G類(lèi)(庚類(lèi))放大器所產(chǎn)生的失真，大概要比相應的B類(lèi)(乙類(lèi))更大，但也有資料顯示，對轉換細節進(jìn)行精心設計，將會(huì )使其差別較小。

九、H類(lèi)[辛類(lèi))放大器

這類(lèi)放大器，也似乎與B類(lèi)(乙類(lèi))相似，其特點(diǎn)在于動(dòng)態(tài)地提升單供電電壓(不用轉換到另一個(gè)電壓源)，以提高效率，所采用的電路結構是自舉電路。

十、S類(lèi)放大器

S類(lèi)放大器，是由桑德曼博士命名的一種放大器。這類(lèi)放大器，采用一個(gè)A類(lèi)(甲類(lèi))放大電路，其電流能力非常有限，加上B類(lèi)(乙類(lèi))放大電路作后備，在連接上使負載呈現為一較高的電阻。Tech-nicsSE-1000所采用的方法與此極為相似。