监听音箱 功率放大器

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监听音箱 功率放大器


【一次搞懂】

监听音箱 功率放大器



放大器电路发展概述：

首先，放大器电路做为放大器的重要组成部分，在不同时期的放大器设备领域中，扮演着不同的角色，放大器电路被首次用于中继传播设备上使用，是在旧式电话线路中，用于弱电流控制外呼线路的电源电压



DR.Reginald Fessenden（Dr.费森登）在1906年12月24日，首次把碳粒式麦克风作为放大器，用于调频广播中传送射频源的装置



在20世纪60年代，真空管开始逐渐被淘汰。当时，一些大功率放大器或专业级的音频应用（例如吉他放大器和高保真放大器）仍然会采用真空管放大器电路。许多广播发射站仍然使用真空管



20世纪70年代开始，越来越多的晶体管被连接到一块芯片上来制作集成电路。如今大量商业上使用的放大器大都是基于集成电路的设计



放大器种类概述：



A类放大器：

A类放大器的缺点是输出效率很低，理论值不超过百分之五十（实际还要低一些）。以驱动耳机为例，在一般情况下，音量越小，耗电越多，当设备在没有信号输入时，电流以最大的额度流动，所以在待机没听音乐时，却是用电最快的时候；即使在听音乐时，所消耗的电能，也有 50% 以上以热量形式被消耗掉了。所以，一台A类放大器的用电量，绝不亚于一台空调机，因此这 50% 的消耗热能，则是让真空管逐渐老化的原因。同时因为发热量太大，所有零件长期工作于大电流、高温下，容易引起稳定性和管子寿命方面的问题，以及日后更换维修等问题




A类放大器电路原理图

A类放大器一般比其它类型线性度更好，也较为简单，这类放大器通常用于小信号级或低功率（例如驱动耳机）应用中，不过近些年，A类放大器得到了众多吉他手和贝斯手们的青睐，也使其再次成为了"市场宠儿"



B类放大器：

在B类放大器中，有两组输出器件，分别放大正负半周，每一个都精确地在输入信号的180度（或半周期）时交互导通



AB类放大器电路原理图

AB类放大器：

是A类放大器和B类放大器的一种折衷设计，它改善了小信号输出的线性度;导通角在180度以上，具体值由设计者决定。由于他们有较高的效率，常用于低频放大器（如音频和Hi-Fi）中；或者也用于其它线性度和效率要求很精密和重要的设计（如手机，蜂窝发射塔，电视发射台等）



图为：搭载AB类功率放大器的M-Audio BX5 D3 监听音箱

AB类工作状态通常是两只晶体管配合进行，在没有信号的时候，两只晶体管都是导通的，但其中的电流很小，当有信号输入时，晶体管中的电流才会变大.由于信号的作用使其中的一只晶体管截止的时候，另一只晶体管则一定是导通的，两只管子始终是轮流截止和导通，并且其中流过的电流几乎是全部送入扬声器，因此，AB类功放产生的热量较小，并且效率高，一般在70%以上



C类放大器：

也称为高功率射频（RF）放大器。C类放大器设计成在输入信号不足180°时导通，信号由调谐电路还原为近似正弦形状，同时效率比A类、AB类或者B类放大器都高很多，缺点是线性度不好，输出波形严重变形，所以C类放大器一般只会应用在射频(RF)调谐类放大器上



D类放大器：

D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM或数字信息，变换成PWM（脉冲宽度调制信号）和PDM（脉冲密度调制信号）的脉冲信号，然后PWM和PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件（通/断）音频功率放大器 。D类放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波信号等四部分组成



D类放大器电路原理图

第一阶段的比较器（C）先用三角波发生器（Triangular wave generator）与输入的类比讯号比较，产生PWM讯号（这讯号其实是数位讯号）

第二阶段则是开关元件（Switching controller）依照PWM讯号来快速开关、这样会产生被放大的PWM讯号，这放大讯号与于输入波形相近
第三阶段则是用低通滤波器（low-pass filter）来过滤输出讯号的高频杂讯，过滤后的输出讯号的波形就与输入讯号的几乎一样了




图为：搭载D类功率放大器的意大利IK Multimedia的 iLoud Micro Moniter 蓝牙参考监听音箱

D类放大器优点：

具有很高的输出效率，通常能达到85%以上或更高一些

体积小，可以比模拟的放大电路节省很大空间

无裂噪声接通

低失真、频率响应曲线优质，外围元器件少，便于设计、调试

因为D类放大器通过每个输出器件元件导通或关断，来输出放大的类比讯号，因此能量损失达到最小化；由于原始讯号是先被转换成一系列的开关（1与0）指令，因此又被称为数字放大器或数位放大器



G类放大器：

G 类 - 设计复杂，但设计正确，聪明的解决方案

优点 - 更高的效率和透明度，更少的热能浪费

缺点 - 成本高、制作工艺难度大，因此很少见



图为：装有G类功率放大器的法国 Focal Trio 6 BE 近场监听音箱

G类放大器究竟是什么？

类似混合动力汽车发动机一样，G 类放大器实现了多个电源，而不仅仅是一个电源，如果接收到超出能力范围的动态信号在第一个电源中，第二个电源会根据需要，来逐渐达到全额定功率输出，这提供了一个非常有效的额外的电源设计，仅在需要时使用，就像涡轮增压器一样，现代高速硅使我们能够以前所未有的速度进行这种切换，甚至超越音频带宽，因此没有延迟




G类放大器电路原理图

第一个电源功率较低，在该区域内以纯 A 类运行，没有交叉失真。在需要时，可能会出现极高的功率水平，因为放大器在不使用时会以热量的形式损耗掉很少的能量，不受控制的这股力量会被不当使用，因此就像高性能汽车轮胎一样，放大器内的多个输出设备始终紧紧抓住扬声器，确保您的 聆听体验永远不会"偏离轨道"




搭载G类放大器的法国Focal 专业级监听音箱