功放

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　　功率放大器簡稱功放，俗稱“擴(kuò)音機(jī)”，是音響系統(tǒng)中最基本的設(shè)備，它的任務(wù)是把來自信號源（專業(yè)音響系統(tǒng)中則是來自調(diào)音臺）的微弱電信號進(jìn)行放大以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

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　　功放的作用就是把來自音源或前級放大器的弱信號放大，推動音箱放聲。一套良好的音響系統(tǒng)功放的作用功不可沒。

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　　功放，是各類音響器材中最大的一個(gè)家族，其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。

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　　功放分類

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　　移頻功放除了普通功放的放大信號驅(qū)動揚(yáng)聲器擴(kuò)聲的功能外，還能有效的抑制現(xiàn)場嘯叫，保證語音的傳輸質(zhì)量，即使在環(huán)境較差的場合，也能極大限度地抑制回嘯，保護(hù)音響設(shè)備不會因嘯叫而燒壞。

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　　移頻功放廣泛應(yīng)用于高檔多媒體電教室、培訓(xùn)室，小型會議室或其他簡單擴(kuò)聲場合，話筒可直接接入移頻功放，還能有效抑制話筒對音箱產(chǎn)生的嘯叫，并且支持背景音樂接入進(jìn)行擴(kuò)聲。

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　　按導(dǎo)電方式

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　　按功放中功放管的導(dǎo)電方式不同，可以分為甲類功放（又稱A類）、乙類功放（又稱B類）、甲乙類功放（又稱AB類）和丁類

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　　功放（又稱D類）。

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　　甲類功放是指在信號的整個(gè)周期內(nèi)（正弦波的正負(fù)兩個(gè)半周），放大器的任何功率輸出元件都不會出現(xiàn)電流截止（即停止輸出）的一類放大器。甲類放大器工作時(shí)會產(chǎn)生高熱，效率很低，但固有的優(yōu)點(diǎn)是不存在交越失真。單端放大器都是甲類工作方式，推挽放大器可以是甲類，也可以是乙類或甲乙類。

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　　乙類功放是指正弦信號的正負(fù)兩個(gè)半周分別由推挽輸出級的兩“臂”輪流放大輸出的一類放大器，每一“臂”的導(dǎo)電時(shí)間為信號的半個(gè)周期。乙類放大器的優(yōu)點(diǎn)是效率高，缺點(diǎn)是會產(chǎn)生交越失真。

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　　甲乙類功放界于甲類和乙類之間，推挽放大的每一個(gè)“臂”導(dǎo)通時(shí)間大于信號的半個(gè)周期而小于一個(gè)周期。甲乙類放大有效解決了乙類放大器的交越失真問題，效率又比甲類放大器高，因此獲得了極為廣泛的應(yīng)用。

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　　丁類功放也稱數(shù)字式放大器，利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來放大音頻信號，具有效率高，體積小的優(yōu)點(diǎn)。許多功率高達(dá)1000W的丁類放大器，體積只不過像VHS錄像帶那么大。這類放大器不適宜于用作寬頻帶的放大器，但在有源超低音音箱中有較多的應(yīng)用。

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　　按元件數(shù)量

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　　按功放輸出級放大元件的數(shù)量，可以分為單端放大器和推挽放大器。

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　　單端放大器的輸出級由一只放大元件（或多只元件但并聯(lián)成一組）完成對信號正負(fù)兩個(gè)半周的放大。單

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　　端放大機(jī)器只能采取甲類工作狀態(tài)。

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　　推挽放大器的輸出級有兩個(gè)“臂”（兩組放大元件），一個(gè)“臂”的電流增加時(shí)，另一個(gè)“臂”的電流則減小，二者的狀態(tài)輪流轉(zhuǎn)換。對負(fù)載而言，好像是一個(gè)“臂”在推，一個(gè)“臂”在拉，共同完成電流輸出任務(wù)。盡管甲類放大器可以采用推挽式放大，但更常見的是用推挽放大構(gòu)成乙類或甲乙類放大器。

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　　按功放管類型

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　　按功放中功放管的類型不同，可以分為膽機(jī)和石機(jī)。

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　　膽機(jī)是使用電子管的功放。

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　　石機(jī)是使用晶體管的功放。

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　　按功能

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　　按功能不同，可以前置放大器（又稱前級）、功率放大器（又稱后級）與合并式放大器。

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　　功率放大器簡稱功放，用于增強(qiáng)信號功率以驅(qū)動音箱發(fā)聲的一種電子裝置。不帶信號源選擇、音量控制

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　　等附屬功能的功率放大器稱為后級。

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　　前置放大器是功放之前的預(yù)放大和控制部分，用于增強(qiáng)信號的電壓幅度，提供輸入信號選擇，音調(diào)調(diào)整和音量控制等功能。前置放大器也稱為前級。

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　　將前置放大和功率放大兩部分安裝在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)的放大器稱為合并式放大器，我們家中常見的功放機(jī)一般都是合并式的。 ［1］

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　　按用途

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　　按用途不同，可以分為AV功放，Hi-Fi功放。

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　　AV功放是專門為家庭影院用途而設(shè)計(jì)的放大器，一般都具備4個(gè)以上的聲道數(shù)以及環(huán)繞聲解碼功能，且?guī)в幸粋€(gè)顯示屏。該類功放以真實(shí)營造影片環(huán)境聲效讓觀眾體驗(yàn)影院效果為主要目的。

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　　隨著大屏幕電視，多種圖象載體的普及，人們對“坐在家里看電影”的需求日益高漲，于是集各種影音功能于一體的多功能功放應(yīng)運(yùn)而生。“AV”是英文AudioVideo即音頻，視頻的打頭字母縮寫。“AV功放”經(jīng)歷了杜比環(huán)繞，杜比定向邏輯，AC-3，DTS的進(jìn)程，AV功放的與普通功放的區(qū)別，在于AV功放有AV選擇杜比定向邏輯解碼器，AC-3，DTS解碼器，和五聲道功率放大器。以及畫龍點(diǎn)睛的數(shù)字聲場（DSP）電路，為各種節(jié)目播放提供不同的聲場效果。但是由于AV功放在電路的信號流通環(huán)節(jié)上，經(jīng)過了太多而且復(fù)雜的處理電路，使聲音的純凈度”受到了過多的“染色”，所以用AV功放兼容HI-FI重放時(shí)效果不理想。這也是很多HI-FI發(fā)燒友對AV功放不屑一顧的原因。

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　　Hi-Fi功放是為高保真地重現(xiàn)音樂的本來面目而設(shè)計(jì)的放大器，一般為兩聲道設(shè)計(jì)，且沒有顯示屏。

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　　“HI-FI功放”就是我們發(fā)燒友的功放了，它的輸出功率一般大都在2X150瓦以下。設(shè)計(jì)上以“音色優(yōu)

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　　美，高保真”為宗旨。各種高新技術(shù)集中體現(xiàn)在這種功放上。價(jià)格也從千余元到幾十萬元不等。“HI-FI功放”又分“分體式”（把前級放大器獨(dú)立出來），和“合并式”（把前級和后機(jī)做成一體）。一般的講，在同檔次的機(jī)型中“分體式”在信噪比，聲道分割度等指標(biāo)上高于“合并機(jī)”（不是絕對的）。且易于通過信號線較音。合并式機(jī)則有使用方便，相對造價(jià)低的優(yōu)點(diǎn)，平價(jià)合并機(jī)輸出功率一般大都設(shè)計(jì)在2X100W以下，也有不少廠家生產(chǎn)2X100W以上的高檔合并機(jī)。 ［1］

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　　按照使用元器件

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　　按照使用元器件的不同，功放又有“膽機(jī)”（電子管功放），“石機(jī)”（晶體管功放），“IC功放”（集成電路功放）。由于新技術(shù)，新概念在膽機(jī)中的使用，使得電子管這個(gè)古老的真空器件又大放異彩，它的優(yōu)美的聲音，令許多燒友拜倒。資深的發(fā)燒友幾乎都有一臺?！癐C功放”由于他的音色比不上上兩種功放所以在HI-FI功放中很少看到他的影子。 ［1］

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　　按使用人群

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　　功放大體上可分為三大類“專業(yè)功放”“民用功放”“特殊功放”。

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　　“專業(yè)功放”一般用于會議，演出，廳，堂，場，館的擴(kuò)音。設(shè)計(jì)上以輸出功率大，保護(hù)電路完善，良好的散熱為主。大多數(shù)“專業(yè)功放”的音色用于HI-FI重放

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　　時(shí)，聲音干硬不耐聽。

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　　“民用功放”詳細(xì)分類又有“HI-FI功放”“AV功放”“KALAOK功放”以及把各種常用功能集于一體的所謂“綜合功放”。

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　　“KALAOK功放”與一般功放的區(qū)別在于“KALAOK功放”有混響器從BBD模擬混響發(fā)展到DIGETAL（數(shù)字混響），變調(diào)器，話筒放大器。一些廠家為了市場的需求，把包括AV功放，KALAOK功放在內(nèi)的各種功能組合成一體即所謂“綜合功放”，這是一種大雜燴功放，什么都有，什么也做不好，是一種低檔功放，不追求音質(zhì)，只追求功能豐富。

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　　“特殊功放”顧名思義就是使用在特殊場合的功放，例如警報(bào)器，車用低壓功放等等，在此不作介紹。

　　音頻功放，顧名思義，是對音頻信號進(jìn)行功率放大的放大器。從早期簡單的A類、B類已經(jīng)發(fā)展到現(xiàn)在的G類，甚至還有W類。音頻的輸入輸出也從早期的純模擬信號，演化到現(xiàn)在的數(shù)字/模擬并存。效率越來越高，諧波失真越來越小，保真度越來越高。本文把功放的發(fā)展從結(jié)構(gòu)和基本特征做了分析（文中部分內(nèi)容來自于網(wǎng)絡(luò)）。

　　功放的定義

　　功率放大器簡稱功放，俗稱“擴(kuò)音機(jī)”，是音響系統(tǒng)中最基本的設(shè)備，它的任務(wù)是把來自信號源的微弱電信號進(jìn)行放大以驅(qū)動揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。

　　其作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動態(tài)以及不同的使用范圍和控制調(diào)節(jié)功能，不同的功放在內(nèi)部的信號處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。

　　功放的分類

　　功放的分類方式有很多種，一般會按照功放管的導(dǎo)電方式不同進(jìn)行劃分。通常分為A類（甲類）、B類（乙類）、AB類（甲乙類）、D類（丁類），以及后來發(fā)展的G類、H類等類型。

　　A類功放

　　A類放大器的特點(diǎn)是不論是否輸入信號，其輸出電路恒有電流流通，而且這種放大器通常是在特性曲線的線性范圍內(nèi)操作，以求放大后的信號不失真。

　　所以它的優(yōu)點(diǎn)是：失真度小，信號越小傳真度越高。最大的缺點(diǎn)是效率低，最大只有25%，不輸入信號時(shí)絲毫不降低消耗功率，極不適合做功率放大。但因其高傳真度，部分高級音響器材仍采用A類放大器。

　　由于無論有沒有信號輸入，A類功放的電流損耗都一直很大，會產(chǎn)生很大的熱量。所以當(dāng)使用A功放的時(shí)候，需要有很好的散熱環(huán)境。下圖是A類功放的工作區(qū)間的示意波形，以及A類功放的一般實(shí)現(xiàn)方式，分別為“共集電極”、“共發(fā)射極”。

　　A類功放工作區(qū)間

　　A類功放的輸出幅度為Vp，輸出負(fù)載平均功率PL，電源輸入功率為Ps，工作效率為η，則可以得到以下表達(dá)式：

　　PL=Vp*Vp/（2*Rl）；Ps=2*Vcc*Iq；η=Pl/Ps，所以，可以推算出來，當(dāng)Vp=VCC，而且Vp=IQ*RL時(shí)，A類功放有最大的工作效率，為25%。

　　B類功放

　　B類功率放大器是工作點(diǎn)在特性線極端處的一種放大器。當(dāng)沒有信號輸入時(shí)，輸出端幾乎不消耗功率。根據(jù)定義，靜態(tài)工作點(diǎn)為0，信號以一PNP型BJT與原射級跟隨器相接，形成所謂的“互補(bǔ)式射級跟隨器”又稱為“B類推挽式放大器”。

　　其動作原理，在Vi的正半周其間，Q1導(dǎo)通且Q2截止，所以，形成圖4的輸出端正半周正弦波；同理，當(dāng)Vi為負(fù)半周時(shí)，Q1截止而Q2導(dǎo)通，結(jié)果形成輸出端負(fù)半周正弦波，如圖4虛線部分所示。

　　由于B類推挽式放大器在無輸入信號時(shí)不消耗功率，因此它較A類放大器有更高的最大效率可達(dá)78%。然而，由于推挽式放大器的信號振幅范圍有一段是在特性線的非線性區(qū)域上，因此導(dǎo)致嚴(yán)重的失真，如下所示，這種失真我們稱它做“交越失真”（Cross-Over Distortion）。

　　B類功放實(shí)現(xiàn)

　　B類功放工作區(qū)間

　　設(shè)輸出信號為Vp*sinωt，輸出負(fù)載平均功率PL，電源輸入功率為Ps，工作效率為η，則可以得到：

　　PL=Vp*Vp/（2*Rl）；Ps=2*Vcc*Vp/（π*Rl）；η=Pl/Ps，當(dāng)Vp=VCC時(shí)，B類功放有最大的工作效率，78.5%。

　　AB類功放

　　前面提到的B類推挽式放大器的交越失真，是由于信號大小在-0.6V《Vi《0.6V之間時(shí)，Q1、Q2皆無法導(dǎo)通所引起的。因此，如果我們在Q1及Q2的Vbe之間加上兩個(gè)0.6V的電壓，使輸入信號在±0.6V之間大小時(shí)，Q1、Q2也可以導(dǎo)通，以降低失真，這種情形，就是AB類放大器，如上圖所示。

　　AB類放大器所產(chǎn)生的失真雖然比B類放大器小，但這項(xiàng)改進(jìn)所付出的代價(jià)是靜態(tài)功耗的浪費(fèi)及效率的損失。所以，AB類功放的效率會處于A類和B類之間。

　　主要區(qū)分點(diǎn)A類放大器B類放大器AB類放大器

　　工作點(diǎn)位置負(fù)載線中點(diǎn)負(fù)載線截止點(diǎn)負(fù)載線中點(diǎn)與截止點(diǎn)之間

　　失真度失真最小失真度略高于AB類，有交叉失真可消除交叉失真

　　功率轉(zhuǎn)移效率效率最低，在50%以下效率約為50%至78.5%效率略低于B類

　　主要用途失真度低的小功率放大器大功率放大器一般的音響擴(kuò)大機(jī)

　　D類功放

　　前面提到的A類、B類、AB類功放，都可以看做是模擬功放。因?yàn)樗鼈兊妮斎牒洼敵龆际悄M態(tài)的聲音電信號，經(jīng)過模擬功放進(jìn)行放大，不涉及調(diào)制、濾波、編解碼等處理過程。而D類功放則可以稱為是最簡單的數(shù)字功放（也有人把它叫做PWM功放，不算是嚴(yán)格的數(shù)字功放）。

　　D類功放接收模擬音頻信號，用內(nèi)部三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波和它進(jìn)行比較，其結(jié)果就是一個(gè)脈寬調(diào)制信號（PWM），然后將PWM信號放大并還原成模擬音頻信號。因此，D類功放是用脈沖寬度對模擬音頻幅度進(jìn)行模擬的，其信息的傳遞過程是模擬的、非量化的、非代碼性的。并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采樣頻率，在性能指標(biāo)上尚達(dá)不到Hi-Fi（高保真）級的水平。D類功放效率一般可以達(dá)到80%~90%以上。由于其較高的效率，大幅度降低了對于環(huán)境散熱性能的要求，所以目前便攜式的產(chǎn)品中，D類功放成為主流。

　　D類功放實(shí)現(xiàn)和PWM波形

　　對D類功放來說，比較器和三角波信號組成了固定頻率的PWM電路，用三角波信號對音頻輸入信號進(jìn)行調(diào)制（三角波頻率遠(yuǎn)高于音頻輸入信號，一般三角波的頻率在25KHz~1.5MHz

　　之間）。輸入信號幅度越大，產(chǎn)生的PWM波脈沖寬度就越寬。

　　D類放大器在工作時(shí)，輸出P型、N型功率開關(guān)管均處于開關(guān)狀態(tài)。理想狀態(tài)下，功率開關(guān)管導(dǎo)通電阻為0Ω，沒有電壓損耗。關(guān)斷時(shí)，開關(guān)管電阻為無窮大，沒有電流流過。因此，D類功放的效率在理論上可以達(dá)到100%。但是，在實(shí)際應(yīng)用中，由于受器件特性限制（如開關(guān)速度、漏電流、導(dǎo)通電阻不為零等），實(shí)際的工作效率可以達(dá)到90%以上。D類功放的一般設(shè)計(jì)架構(gòu)如下圖所示，在實(shí)際設(shè)計(jì)中，還會加入過溫保護(hù)、過流保護(hù)等保護(hù)電路。

　　G類功放

　　為了提高功放的效率，發(fā)展了G類功放，G類功放于1976 年由日立公司提出，它的主要原理是為功放提供多個(gè)電源電壓，根據(jù)輸入音頻信號的大小來選擇所需要的電源電壓。當(dāng)輸入信號較低時(shí)，提供電路小的電源電壓，反之，則提供高的電源電壓。由于音頻信號有非常高的峰值率（Peak-to-Mean Ratio）的特點(diǎn)，G 類功放這一靈活選定電源電壓的工作方式可以有效地降低功耗，提高效率。因此G 類功放最近幾年正在越來越廣泛應(yīng)用于高功率音頻功放系統(tǒng)當(dāng)中。

　　主要的特點(diǎn)是：功放按照信號的要求，由高電壓電源或者低電壓電源供給。由于音樂的峰值與有效值的比值很大，所以，可以借助G類功放來改善效率狀況。

　　在絕大部分時(shí)間內(nèi)，G類功放的功率輸出大大低于峰值功率電平。當(dāng)偶爾有大功率峰值出現(xiàn)的時(shí)候，放大器必須借助某種機(jī)制，能立即提供大功率輸出，內(nèi)部能耗也同時(shí)增大，這種大功率輸出僅發(fā)生在很短的時(shí)間內(nèi)。

　　G類功放的定義，和目前的帶電荷泵+AGC的處理方式比較類似，所以業(yè)內(nèi)很多廠家都把升壓（ChargePump或者Boost）+AGC控制的特性的功放定義為G類功放。