现代音响工程设计手册 第八章.doc

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1、第八章音频功率放大器音频功率放大器简称“功放”，它的作用是放大调音台或周边设备（信号处理设备）送来的低电平音频信号，使它的输出功率足以驱动配接的扬声器负载。现有的音频功率放大器都是以线性放大为基础的模拟类功放，即把连续变化的音频信号（称为模拟信号）直接进行线性放大。所用的放大器件为电子管和双极晶体管（即NPN和PNP型半导体晶体管，简称晶体管）两类。按功放静态工作点的设置又可分为A类放大、A/B类放大和C类放大三种。A类放大的失真最小，音质好，但电源的转换效率最低，器件的发热量大，生产成本高，一般用于输出功率较小的Hi-Fi发烧级功放。C类放大的失真比A类大些，尤其是在小信号输出时（1/

2、100输出功率）音质失真更明显，但电源转换效率高、器件发热量小、性能/价格比高，一般用于输出功率大的专业功放。A/B类功放的特点介于A类和C类之间，多用于家庭影院的AV功放。电子管功放已有数十年历史，一直沿用至今，是功放的元老代。由于它的转换速率高，工作可靠，偶次谐波失真小（听觉对偶次谐波失真特别敏感），音质上好，一直被人们宠爱。但它的最大缺点是电源利用效率很低，电子管A类放大的效率不到10%，C类约为15～17%，大部分电能变为热量耗散掉。由于耗电大、发热高、体积大、成本高等缺点，在专业音响系统中已被晶体管功放所替代。晶体管功放是近20多年发展起来的新秀，是第二代功放。它的最大优点是电

3、源转换效率高（C类功放最高可达60%左右），体积小、重量轻、发热量不大、生产成本低；缺点是转换速率低、偶次谐波失真较大、音质和可靠性都略逊于电子管功放。随着晶体管制造技术的不断提高和高新技术的应用，各项电性能指标和可靠性指标都已得到很好的解决，并还在不断向更大输出功率、更小的体积和多功能、智能化方向发展。例如美国CROWN公司的MA-5000VZ功放，它的最大输出功率可达22000W/4Ω或桥接4000W/8Ω；完善的可靠性设计使它可在苛刻的环境中三年免维护工作；VZ电源技术的应用使它的工作效率进一步的提高；还有可编程的输入处理器模块P.I.P（ProgramInputProcessor

4、），P.I.P功能模块包括：可变门限压缩器，遥控话筒/线路混合优先权混音器，可对话筒或线路电平信号进行遥控调节，可对1～2000台功放的工作状态进行遥控和检测等等。P.I.P模块增加了功放许多先进功能，发挥了新技术的优势。为进一步提高效率，减小重量，已开发研制使用开关电源的功放。本章将音频功率放大器的技术参数、可靠性指标和保护措施、功放与扬声器的功率配接、功放的选用等问题进行分析讨论。最后还将介绍最新的MOS-FET场效应功放和数字功放等新技术的发展。8.1音频功率放大器的电性能指标现今极大多数音频功率放大器都是低阻抗输出的晶体管功放。还有一部分是适应远距离传输的定电压输出功放（又称高阻

5、抗输出功放）。为适应立体声音响系统配置的需要，低阻抗输出功放现已都做成两路完全相同的双通道功放，双通道功放还可通过桥接或并联组合成输出功率更大（加倍）的单通道功放。功放的技术参数很多，可分为电性能指标和可靠性指标两大类，分述如下：8.1.1额定输出功率额定输出功率是指在规定的总谐波失真条件下，功放在额定负载阻抗上的输出功率。测试信号为20HZ～20KHZ正弦波，输出功率为正弦波的有效值（RMS）。输出功率、输出电压和负载电阻三者之间的关系为：P0=（8-1）式中：P0——额定输出功率（W）；UL——负载电阻两端的电压（V）；RL——负载电阻（Ω）。例如，一台晶体管低阻抗功放的典型输出为：

6、RL=8欧姆时，P0=225W；RL=4欧姆时，P0=360W。如果功放的负载电阻改变后输出电压不变，那么按（8-1）式，4欧姆负载的输出功率应比8欧姆负载的输出功率大一倍，即450W，而实际的典型数据仅增加1.6倍，即360W。其原因是受功放内部直流电源的容量和输出晶体管的耗散功率的限制。8欧姆负载时功放的输出电压为42.5V（UL==），相应的输出电流是5.3A（I==42.5/8=5.3A）。如果4欧姆负载时输出电压没跌落，仍为42.5V，那么相应的输出电流也将增加1倍，达到10.6A，然而功放内部的直流电源供不出这样大的电流，晶体管的耗散功率也没有那么大，因此上述例子中的输出电压

7、UL也被限制到38V，输出电流为9.5A。提高音频功率放大器输出功率的途径是增加功放内部直流电源的功率容量和提高输出功率晶体管的耗散功率。在许多实际应用中，双通道立体声功放通过桥接方法可向负载提供增加一倍的功率，如图8-1所示。例如，双通道功放中每个通道在8欧姆负载上额定功率为200W，二个通道桥接后，在16欧姆负载上可获得400W的额定功率。图8-1（B）说明两个桥接功放的输入必须是反向输入，它们的输出端必须是串联的。图8-1功放