音频放大器是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号的设备

什么是音频放大器

 

音频放大器

 

其重建的信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。音频范围为约 20Hz~20000Hz,因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应(驱动频带受限的扬声器时要小一些,如低音喇叭或高音喇叭)。根据应用的不同,功率大小差异很大,从耳机的毫瓦级到 TV 或 PC 音频的数瓦,再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦,直到功率更大的家用和商用音响系统的数百瓦以上,大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

 

音频放大器是多媒体产品的重要组件之一,广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好,在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来,随着 MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及,线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求,而 D 类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。因此,高性能的 D 类功放具有十分重要的应用价值及市场前景。

 

音频放大器的发展先后经历了电子管(真空管)、双极型晶体管、场效应管三个时代。电子管音频放大器音色圆润,然而它体积庞大、功耗高、工作极不稳定,且高频响应不佳;双极晶体管音频放大器频带宽、动态范围大、可靠性高、寿命长,且高频响应好,然而它的静态功耗、导通电阻都很大,效率难以提高;场效应管音频放大器具有与电子管同样圆润的音色,同时它的动态范围宽,更重要的是它的导通电阻小,可以达到很高的效率。

 

音频放大器的工作原理

A 类放大器具有最大的静态工作电流,也就是它在没有输入信号的时候也会消耗电流,因而显然它的效率是最低的。但是,只要选择合适的工作点,它通常具有最低的失真。B 类放大器则选择了 50%的导通时间,它的效率肯定比 A 类放大器要高,但是失真也要严重很多。AB 类放大器则是介于 A 类和 B 类之间。它的导通时间也是介于 50%到 100%之间。C 类放大器是指那些导通时间小于 50%的放大器,通常用于负载为调谐回路的射频放大器中。

 

D 类放大器是一种完全不同的放大器,其实称之为 D 类放大器似乎并不恰当。因为它并不只是放大器工作点的选择。所以也有人称之为“数字音频放大器”。似乎这个名称更为恰当。因为有一种 D 类放大器可以接收数字输入而省去 D/A 变换。

 

D 类放大器所采用的技术其实就是脉宽调制技术 PWM(Pulse Width Modulation)。所谓脉宽调制技术也就是把模拟音频信号的幅度来调制一系列矩形脉冲的宽度。这样,一个模拟音频信号就变成了一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。为什么要这样做呢?因为这时候,要把信号放大,只要对这系列的脉冲信号放放大就可以了。而原来的模拟信号并不是包含在这个脉冲信号的幅度之中,而是包含在它的宽度之中。只要把这个放大以后的脉宽调制信号中所包含的低频分量滤出来就可以得到放大以后的音频信号。在没有信号的时候,输入信号就是对称方波。所以如果在放大的时候,幅度上产生失真并不会使原来的音频信号产生失真。在这种情况下的放大器就可以完全工作在开关状态。在开关工作状态,晶体管的效率是很高的。因为在完全导通的时候晶体管的电流很大但是压降很小(由其饱和电阻决定),而在截止的时候,加在晶体管的电压很高,但是流过晶体管的电流很小(只是其漏电流而已)。同时还可以使晶体管在没有音频信号时完全工作在截止状态,这样其效率就更高。这种脉宽调制可以用一个等幅三角波来对音频信号进行采样。为了避免失真这个三角波的频率必须远高于音频信号的最高频率分量。

 

A 类(是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。)

B 类(是指器件导通时间为 50%的一种工作类别。)

C 类(是指器件导通时间小于 50%的工作类别。)

D 类(其特点是断续地转换器件的开通,其频率超过音频。)

 

音频放大器的作用

多广泛应用于消费类电子领域。线性音频功放因失真小、音质好,在传统的音频放大器市场上一直占主导地位。近年来,随着 MP3、PDA、手机、笔记本电脑等便携式多媒体设备的普及,线性功放的效率和体积已不能满足市场的要求,而 D 类功放以效率高、体积小等优点越来越受到人们的青睐。