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【一次搞懂】监听音箱 功率放大器

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发表于 2022-9-16 10:49:08 | 显示全部楼层 |阅读模式
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【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

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