功放奥义 - 各类功放详解

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功放奥义 - 各类功放详解

功放是什么



仅针对音频系统中的电路进行说明



功率放大器是组合功率和信号的电路系统。放大器的不同类别因设计的原理不同而使声音保真度和效率各有差异。今天我们就来简单的说说常见的各类功率放大器的原理、优势及缺点。




AB类功放





功率放大器的效率是其输出功率与从源电路系统吸收的功率之比。任何放大器的能量都不是100％转化的，没有传递到输出端子的功率就是浪费的能量，它转化为热量。而热量过多会损坏放大器的输出信号和内部组件。





不同类型功放的区别





A类功放 - 高保真暖气机



A类放大器的输出晶体管以“恒定偏压”运行，这意味着无论是否存在输入信号，它们始终以全功率运行。没有信号时，晶体管的功率会变热。此外，每个A类输出晶体管都会放大交流信号波形的全部负电压部分和正电压部分，从而增加了工作量并产生了更多热量。A类放大器的效率通常在25％左右。这意味着他们75％的能量被转化为热量。



由于每个输出级晶体管始终处于导通状态，因此没有导通、关断、预热或冷却周期会影响信号流。在这种情况下，晶体管以其最线性的方式运行，并且没有失真。而且因为没有开关在进行，所以也不会产生高频干扰。纯A类放大器现在非常罕见、昂贵，且由于发热问题几乎不会在音频系统中使用。






B类功放 - 双晶体管处理器



B类放大器通过在电路中加入两个晶体管形成“推挽”装置，从而减轻了每个输出级的工作量。一个晶体管放大信号交流波形的负电压部分，另一个晶体管则负责正电压，然后将两者组合成一个统一的输出。



B类放大器比A类放大器的效率要高得多（约50％），但随着两个晶体管不断的导通和关断，会产生失真。这种“交越失真”非常严重，以至于很少有制造商提供或生产纯B类设计的放大器。







AB类功放 - 效率和保真的融合



AB类放大器中的电路中加入偏置电压，让这一对推挽输出晶体管导通时间均超过一半，使它们也不突然导通和关闭。当信号处于低电压且通过两个晶体管导通时，这使该放大器具有A类放大器的特性，而当功率较高时，它具有B类放大器的特性。对于每个放大器，都有一个最佳偏置电压，即使两个晶体管同时工作的时间，可以最大程度地减小B类设计的交叉失真。



这种设计使得AB类放大器比A类放大器具有更高的效率，高达60％左右，失真也比B类放大器小得多。大多数家庭影院和监听音箱放大器都为AB类。





D类功放 - 效率之王



D类放大器以独特的方式工作。电路会产生非常高频率（通常超过100K Hz）的方波电流脉冲。然后，每个脉冲的宽度会被输入信号修改，信号越大，脉冲越宽。这称为“方波宽度调制”或PWM。这些直流脉冲流经放大输出晶体管，从而产生高功率输出。由于它们获取的是直流脉冲，而不是模拟信号，因此这些晶体管（也称为MOSFET场效晶体管）要么处于全功率状态，要么处于无功率状态。这使得D类功放在某些情况下，效率高达90％。



放大后，一个低通滤波器对输出信号进行平滑处理，使放大器不会输出电源脉冲，而是输出连续的模拟信号。它还消除了那些高频直流脉冲产生的干扰。




PWM原理



D不代表 - Digital数字



尽管通过快速打开和关闭晶体管来产生信号类似于使用0和1的数字处理，但D类放大器不是数字设备。它们中的一些可能具有数字控制电路，但是放大器电路是模拟的。



D类已成为首选



另一方面，在专业保真系统和监听音箱的应用中，D类放大器比其他同类的放大器更小、更轻、发热更小，因此变得越来越流行。





总结一下



A类功放:无论有没有信号通过放大器一直处于全功率工作优点：失真最小，价格昂贵。

缺点：效率极低，发热严重。



B类功放：将放大器一分为二，构成推挽电路，分别在信号波形一半的周期内工作。在无信号下不工作。但在两个晶体管放大器切换时容易产生交越失真。

优点：效率相对高，达50%左右

缺点：失真较大



AB类功放：AB类折衷结合A类和B类的优点。加入偏置电压使两个晶体管都处于工作状态。小信号时，两个晶体管同时工作，像A类大信号时，像B类工作。

优点：效率相对高，达65%左右

缺点：有小幅失真



D类功放:加入PWM（Pulse Width Modulation）脉冲宽度调制，以高于声音信号2倍以上的速度进行调制控制晶体管开关。经过低通滤波后，输出波形的平均值与实际的音频信号保持一致，可在极短的时间内完全导通或完全关闭晶体管运行。无信号不工作，有信号工作。

优点：效率最高，达90%左右，体积小巧

缺点：有小幅失真，底噪较AB大

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好了说了这么多理论，我们来看看世界上最小的监听音箱

IK iLoud Micro Monitor




得益于D类功放的特点，IK Micro Monitor有着超小体积和优异的音质，在初次连接音箱播放音源后，我相信你会对如此袖珍的Micro Monitor声音感到震惊！MM的中高频十分通透并且迅速，明亮度甚至比Genelec 8010还要好，但却并没有太尖锐和刺耳的感觉；在低音端，一对3寸的单元竟然能下潜到难以置信的45Hz，可见IK在音箱内部的DSP控制端做了不少功课；并且得益于高效的D类功放，它在50cm处最大声压级可达到107dB SPL。在IK MM的价格范围内，我敢说没有任何其他同类音箱可以达到这样的水准。（当然它还有高颜值的白色款！）



从所有这些小细节来看，IK Multimedia iLoud Micro Monitor是由了解录音棚和音乐制作的人精心打造的，也使它的性能远远超越了其同类产品中的其他音箱。特别是对于小型家庭工作室，我们认为IK Multimedia iLoud Micro Monitor可以表现的很出色。当然，你也可以通过它们观看电影、游戏、直播，或通过蓝牙传输手机音源。在市场价2559元的这个价格下，我相信你无法再挑剔它的缺点了。


IK Micro Monitor



当然，AB类功放的监听音箱也数不胜数，在入门级的监听音箱中，M-Audio BX5D3以超高的性价比脱颖而出。


M-Audio BX5D3



BX系列监听音箱是M-Audio于2003推出的两分频监听音箱，曾是美国最畅销的监听音箱。经过十几年的不断更新和技术升级，BX5D3系列于2017年正式发售。



在音箱的动态余量方面，使音箱拥有了更大的音量，最高可达110dB。频率响应方面，扩展到了52Hz-35kHz，拥有了更好的低频和高频响应。功放使用了失真更小和效率更高的双A/B类功放。中低音纸盆采用了Kevlar凯夫拉材质，高音单元使用了天然蚕丝，这使得音箱中低音更加坚实稳固，高音更加顺滑精准。配合背板上的空间调整拨档，它能在摆放在多种空间、位置适应你的不同需求并获得精准的频率响应，比如靠墙摆放、壁挂或者大空间内。

fengzisuda

老师辛苦了

音乐小白

谢谢楼主分享