音頻放大器將小信號(hào)的幅值提高至有用電平,同時(shí)保留小信號(hào)的細(xì)節(jié),這稱為線性度。功放放大器的線性度越好,輸出信號(hào)越能真實(shí)地表示輸入信號(hào)。
A類(甲類)放大器——良好的線性放大器
A類(甲類)放大器,是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。這種放大器,由于避免了器件開關(guān)所產(chǎn)生的非線性,只要偏置和動(dòng)態(tài)范圍控制得當(dāng),僅從失真的角度來看,可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器,但效率較低。通常只有20-30%,但音響發(fā)燒友們對(duì)它的聲音表現(xiàn)津津樂道。
A類放大器在結(jié)構(gòu)上,還有兩類不同的工作方式。
(一)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(fù)載下有足夠的電流流過,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(fù)載阻抗低于標(biāo)定值,放大器會(huì)短期出現(xiàn)截止現(xiàn)象,在失真上可能略有增加,但不致出現(xiàn)直感上的嚴(yán)重缺陷。
(二)可稱作為控制電流源型(VCIS),它本質(zhì)上是一個(gè)單獨(dú)的射極跟隨器,并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負(fù)載,以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級(jí)時(shí),需要在開始設(shè)計(jì)之前就把所要驅(qū)動(dòng)的阻抗是多低搞清楚。
應(yīng)用:這類放大器用于要求高線性度并且可用功率能滿足要求的應(yīng)用。
B類(乙類)放大器——最流行的放大器
B類(乙類)放大器,是指器件導(dǎo)通時(shí)間為50%的一種工作類別。這類放大器可以說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。在實(shí)際的應(yīng)用中,其實(shí)早期許多的音響功放都是B類功放,因?yàn)樗男时容^高。
B類放大器采用推挽式放大器結(jié)構(gòu)。B類放大器的輸出采用正向和反向晶體管。為復(fù)現(xiàn)輸入信號(hào),每個(gè)晶體管僅在信號(hào)波形的半周期(180°)期間導(dǎo)通。這允許放大器在空閑時(shí)為零電流,因此比A類放大器的效率高。
B類放大器是一種折衷:效率提高,音頻質(zhì)量下降。這是因?yàn)榇嬖谝粋(gè)交越點(diǎn),兩個(gè)晶體管都從導(dǎo)通狀態(tài)跳變?yōu)殛P(guān)斷狀態(tài)。眾所周知,B類音頻放大器在處理低電平信號(hào)時(shí)存在交越失真,不適合低功率應(yīng)用。
AB類(甲乙類)放大器
AB類(甲乙類)放大器,實(shí)際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結(jié)合,每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50—100%之間,依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按B類(乙類)設(shè)計(jì),然后增加偏置電流,使放大器進(jìn)入AB類(甲乙類)。
AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時(shí),兩個(gè)輸出器件皆導(dǎo)通,其狀態(tài)工作于A類(甲類);當(dāng)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AB類(甲乙類)狀態(tài)開始時(shí),失真將會(huì)突然上升,其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。
這種性能是采用以下方法實(shí)現(xiàn)的:將兩個(gè)晶體管偏置到導(dǎo)通接近于零的信號(hào)輸出,即B類放大器開始呈現(xiàn)非線性的點(diǎn)(圖3)。對(duì)于小信號(hào),兩個(gè)晶體管均導(dǎo)通,作用相當(dāng)于A類放大器;對(duì)于大信號(hào)偏移,每半個(gè)波形周期內(nèi)只有一個(gè)晶體管導(dǎo)通,因此像B類放大器一樣工作。
AB類揚(yáng)聲器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N,典型效率高達(dá)65%,使其成為高保真揚(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器的理想選擇。
AB類功率放大器的缺陷在于會(huì)產(chǎn)生一點(diǎn)點(diǎn)地交越失真,但是相對(duì)于它的效率比以及保真度而言,都優(yōu)于A類和B類功放,AB類功放也是目前音響中應(yīng)用最為廣泛的設(shè)計(jì)。
D類(丁類)放大器
這類放大器,其特點(diǎn)是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通,其頻率超過音頻,可控制信號(hào)的占空比以使它的平均值能代表音頻信號(hào)的瞬時(shí)電平,這種情況被稱為脈寬調(diào)制(PWM),其效率在理論上來說是很高的(往往高達(dá)90%或更高)。
但是,實(shí)際困難還是非常大的,因?yàn)?00kHz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(yáng)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(xiàn)在頻響方面,它只能對(duì)某一特定負(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)。
應(yīng)用:
現(xiàn)代的D類放大器的保真度也可媲美AB類放大器。由于D類開關(guān)放大器具有較高效率,效率極高,產(chǎn)生的熱量很低,所以D類放大器不需要很大的散熱器,所以被廣泛用于便攜式應(yīng)用。