音頻放大器,音頻放大器原理和分類有哪些?

音頻放大器,音頻放大器原理和分類有哪些?

音頻放大器簡介
音頻放大器已經有快要一個世紀的歷史了，最早的電子管放大器的第一個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、發展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關的音頻放大器就要不斷地加以改進。

進入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展趨勢。從作為通信工具的手機，到作為娛樂設備的MP3播放器，已經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共同點，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個音頻放大器；另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，D類放大器被開發出來了。它的最大特點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，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關鍵部件。

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

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

一、A類(甲類)放大器

A類(甲類)放大器，是指電流連續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所產生的非線性，只要偏置和動態范圍控制得當，僅從失真的角度來看，可認為它是一種良好的線性放大器。

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

二、B類(乙類)放大器

B類(乙類)放大器，是指器件導通時間為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，也許目前所生產的放大器有99％是屬于這一類。由于大家比較熟悉，這里不作詳細介紹。

三、AB類[甲乙類)放大器

AB類(甲乙類)放大器，實際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結合，每個器件的導通時間在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)設計，然后增加偏置電流，使放大器進入AB類(甲乙類)。

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

四、C類(丙類)放大器

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

五、D類(丁類)放大器

這類放大器，其特點是斷續地轉換器件的開通，其頻率超過音頻，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電平，這種情況被稱為脈寬調制(PWM)，其效率在理論上來說是很高的。但是，實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點尚不清楚；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個電感(考慮立體聲)，

成本自然不會低。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(戊類)放大器

這類放大器，是一個極端聰明的半導體技術應用，它在幾乎所有工作時間內，通過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，而不用于音頻。

七、F類(己類)放大器

這類放大器，就筆者目前所知并不存在，似乎是需要補充的空缺。

八、G類(庚類)放大器

這類放大器，似乎與B類(乙類)或AB(甲乙類)的放大器有些類似。對于小的輸出信號，它的供電電流來自低電壓源；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(乙類)的效率更高。但是，這種改進似乎不能超越多路輸出器件的成本以及使開關二極管在高頻時轉換干凈利落的技術難點，以致使其使用不適合某些高功率的專業設備。此外，G類(庚類)放大器所產生的失真，大概要比相應的B類(乙類)更大，但也有資料顯示，對轉換細節進行精心設計，將會使其差別較小。

九、H類[辛類)放大器

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

十、S類放大器

S類放大器，是由桑德曼博士命名的一種放大器。這類放大器，采用一個A類(甲類)放大電路，其電流能力非常有限，加上B類(乙類)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。

簡介D類放大器的工作原理
可能讀者都早就熟悉了A類、B類、AB類和C類放大器，其實所有這些放大器的區別只是在于靜態工作點的選擇。A類放大器具有最大的靜態工作電流，也就是它在沒有輸入信號的時候也會消耗電流，因而顯然它的效率是最低的。但是，只要選擇合適的工作點，它通常具有最低的失真。B類放大器則選擇了50%的導通時間，它的效率肯定比A類放大器要高,但是失真也要嚴重很多。AB類放大器則是介于A類和B類之間。它的導通時間也是介于50%到100%之間。C類放大器是指那些導通時間小于50%的放大器，通常用于負載為調諧回路的射頻放大器中。

D類放大器是一種完全不同的放大器，其實稱之為D類放大器似乎并不恰當。因為它并不只是放大器工作點的選擇。所以也有人稱之為“數字音頻放大器”。似乎這個名稱更為恰當。因為有一種D類放大器可以接收數字輸入而省去D/A變換。

D類放大器所采用的技術其實就是脈寬調制技術PWM(Pulse Width Modulation)。所謂脈寬調制技術也就是把模擬音頻信號的幅度來調制一系列矩形脈沖的寬度。這樣，一個模擬音頻信號就變成了一系列寬度受到調制的等幅脈沖信號。為什么要這樣做呢？因為這時候，要把信號放大，只要對這系列的脈沖信號放放大就可以了。而原來的模擬信號并不是包含在這個脈沖信號的幅度之中，而是包含在它的寬度之中。只要把這個放大以后的脈寬調制信號中所包含的低頻分量濾出來就可以得到放大以后的音頻信號。在沒有信號的時候，輸入信號就是對稱方波。所以如果在放大的時候，幅度上產生失真并不會使原來的音頻信號產生失真。在這種情況下的放大器就可以完全工作在開關狀態。在開關工作狀態，晶體管的效率是很高的。因為在完全導通的時候晶體管的電流很大但是壓降很小(由其飽和電阻決定)，而在截止的時候，加在晶體管的電壓很高，但是流過晶體管的電流很小(只是其漏電流而已)。同時還可以使晶體管在沒有音頻信號時完全工作在截止狀態，這樣其效率就更高。這種脈寬調制可以用一個等幅三角波來對音頻信號進行采樣。為了避免失真這個三角波的頻率必須遠高于音頻信號的最高頻率分量。