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功率放大器简单功放，在扩声系统中功放起着重要作用。它将音频的电压信号转换成音频功率信号，驱动扬声器发声。由于工作在音频区段，所以也叫音频功率放大器。其输入端连接声源信息或其他音响设备输出的声音信号。 一、 功放的组成 功放一般由三个部分组成：前置放大、驱动放大、末级功率放大。专业用的功放把这三部分一起安装在同一机箱里，而发烧级功放，往往把接扬声器负载，为保证功放长期稳定可靠地工作，放声音质好，其中间存在着最佳接配前置放大与驱动放大组成一体，叫前级，末级功率放大单独成为一级叫后级。 （一） 前置放大 前置放大处于功放最前端，与前面来的信号源起匹配作用，通常由共集电极电路或射出输出器构成，其输入阻抗高（大于10kΩ以上），可以将前面来的声音信号大部分引进来；其输出阻抗低（10Ω以下），可以将信号大部分传送到下一级驱动放大器中，传输系数大。同时，它又是一种电流放大器，可以将声音电压信号作初步电流放大。 二） 驱动放大 驱动放大处于功放的中间，起桥梁作用，将前置放大器送来的信号，作进一步电流放大，放大成中等功率的信号，以便驱动末级功率放大器正常工作。 （三） 末级功率放大 末级功率放大是功放的关键部件，它的技术指标代表着整个功放的技术指标。例如：下述这些技术指标，实际上是末级功率放大器的技术指标。 ① 功放的额定功率（Rate Power）：也称连续正弦波功率。通常以1kHz正弦波输入，在额定负载下（2Ω；4Ω或8Ω），总谐波失真小于1%的条件下所能输出的功率，每路相同。 ② 总谐波失真THD（Total HarmonicDistortion）:指输出信号中，除原来的基波成分外，还存在其他杂波成分，这些杂波成分占原量的百分比。显然，这种比值愈小愈好。 ③ 转换率（SlewRate）：它反映了末级功率管对爆破声信号的反应跟随能力，单位是V/μｓ。在单位时间里上升幅值愈大，跟随能力愈强。 ④ 阻尼因子（DampingFactor）：通常以1kHz输入信号情况下，输出负载8Ω与功率管内阻（包括接线线阻）之比作为阻尼因子，这一比值愈大，说明功率管工作状态愈稳定，扬声器振动阻尼快，声音清晰不失真。注意：音箱线太长，会影响阻尼因子。 ⑤ 频响曲线（FrEQuencyResponse）:即增益随频率的变化曲线，频率范围愈宽，增益变化起伏愈小，其频响曲线愈好，例如：15Hz～100kHz，增益变化±0.3dB。说明各种频率成分的声信号，经功放后，基本上不失真。 ⑥ 输出阻抗（OutputImpedance）:在额定输出功率的情况下，输出端呈现的阻抗有8Ω；4Ω；2Ω等，输出阻抗愈小，其负载能力愈强。 以上这些技术指标，对衡量功放极为重要。 二、 放大器中的反馈 反馈是放大器中常见的一种现象。所谓反馈，是指放大器的输出信号的一部分又返回到其输入端的现象，若这种反馈的信号与放大器的输入信号在相位上相同，则称之为正反馈。正反馈常用于振荡电路，产生各种振荡信号，满足各种电路的需要。但是，正反馈现象在扩声系统中应尽量避免，因为它表现出啸叫声，破坏扩声效果，容易烧毁功放或音箱系统。如果反馈的信号与放大器的输入信号在相位上相反，则这种反馈称之为负反馈。在放大器中普遍采用负反馈电路，目的在于提高放大器放大量的稳定度，减少声信号的失真。负反馈电路形式常用的有如下4种：电压串联负反馈；电压并联负反馈；电流串联负反馈；电流并联负反馈； 根据电路设计的要求，可采用不同形式的负反馈电路，例如：信号源要求高阻抗，则采用串联型，电压输出放大器采用电压反馈型，电流输出放大器采用电流反馈型等。这些负反馈支路的引入，对未加入负反馈支路的放大器放大量的影响可用下面的公式表示： A0 A=—— 1+βA0 其中A0为放大器负反馈引入前的放大量；A为放大器负反馈引入后的放在量；β为反馈系数。 由此式可以得到负反馈后的放大器放大量的稳定度（×100%），可见，引入负反馈后，放大器的稳定度提高了1倍。同样，放大器在引入负反馈电路之后，其失真度也有相似关系，提高了1倍。 三、 功放末级功率放大器的输出形式 专业功放末级功率放大器常用的输出形式有三种：即OTL（Output Transformer Less）、OCL（Output Capacitor Less）、BTL（BalanceTransformer Less）。这三种输出形式的等效电路。 对于OTL电路，它属于无输出变压器的单端推挽电路，其特点是单组电源供电，在两个异型配对的大功率晶体管的串接端接有一个充电电容C，当正半周信号输入时，上边管子导通，电容C充电。当负半周信号输入时，充电电压维持下边管子导通。于是全信号电流都通过负载扬声器，扬声器负载阻抗RL直接接在两大功率晶体管的串接端上，串接端的直流电压相对于地必须为零。全信号电流流经扬声器，扬声器负载RL成为两个晶体管的射极直接负载，在阻抗上匹配。对于BTL电路，它发球无平衡变压器输出的桥式推挽电路，图中所示的是两个OTL构成的桥式推挽，同样，也可以由两个OCL构成桥式推挽。其特点是单组电源（对两价目OTL构成而）而或两组电源（对两价目OCL构成而言）供电。输入端A和B必须同时提供两个等幅度反极性的信号，扬声器串接在两候车室异型功率管串接端上，形成桥式，两个对角线上的功率管同时导通。由于扬声器负载RL串接在桥上，成为导通功率管射极负载，在阻抗上匹配。 目前，市场上销售的专业功放一般均为OTL或OCL形式，有时同一厂家的不同系列产品，有采用OTL的，也有采用OCL的。每台专业功放由两个独立的功率放大组成，分别提供左、右声道功率放大，或声道1、声道2的功率放大。同时，在功放的后盖板上加上装有工作模式（mode）切换开关，通过这一开关，将两路的末级功率放大构成一种桥式推挽输出。实际的连接方式。 一台功放中有两个独立的功放部分，分别由前置放大，驱动放大以及末级功率放大组成，当工作模式开关接立体声（stereo）模式，左右声道信号分别送入两路功放，各自接放相应的扬声器，单独放声。这种放声方式适用于卡拉OK厅、多功能厅、音乐厅。当模式开关接桥式单声（BridgeMoNo）模式，右声道信号不能进入末级功率放大级，而左声道信号经前置放大后分成两路，一路进原来的驱动放大级的正极性输入端，从A端输出，作为桥式的输入信号。另一路进右声道上的驱动放大级的负极性输入端，从B端输出，作为桥式另一输入信号。这样，A、B两端的信号来自同一信号源，经相同放大量、不同极性输入端的两个驱动放大器分别送出信号，所以，构成了等幅度反极性信号，使左右两边的末级功率放大器进行桥式工作，两个扬声器串联后，连到桥路上。显然，两个扬声器放出声音是单声。这种放声方式适用于Disco厅、交谊舞厅或背景音乐放音。 若用一只扬声器接在桥路上，这时桥式推挽输出功率设为W，由于A、B端加入等幅反极性的信号，两个对角线功率管同时导通，忽略功率管的内阻，那么，在桥路上有2倍于单端推挽输出的电流，扬声器负载两端的信号电压便是2U，因此，也就是说用一只扬声器接成桥式推挽，扬声器上获得的功率是单端推挽获得的功率的4倍。这种连接很容易将扬声器烧毁。如果将两只扬声器串联，然后接成桥路，桥路上的阻抗为RL+RL，桥式推挽输出的功率，即两只扬声器串接后，接入桥路，形成桥式推挽，所获得的功率是单端推挽输出功率的2倍，分配给每只扬声器的功率为W0，仍然是单端推挽的功率，这时，扬声器工作不存在问题。 四、功放的匹配 功放的最佳工作状态是前后的匹配，也就是输入端应与信号源相匹配，输出端与扬声器负载RL相匹配。在此情况下，功放的功率效率能得到充分的发挥，功放能长期可靠地运行，传送功率高，声信号不失真，一般输入端的匹配比较简单，通常信号源的输出阻抗在600Ω左右，而专业功放的输入阻抗大都在10kΩ以上，显然，信号源的输出信号大部分都能输入到功放的前置放大级上。功放的输出是声音的功率信号，这些功率信号能有效地不失真地传送到扬声器上，转换成声音，这里涉及到以下几方面的匹配问题。 1. 阻抗的匹配 如图2-4所示，把功放看做一个等效电路，其输出阻抗为R0和扬声器负载RL形成电流回路，回路上的作用电压U，负载RL上的电压即输出电压为U。 负载上获得的功率在什么情况下负载两端能取得最大的功率？很明显，把W当做函数，把RL当做变量，求W极值，便会得到R0= RL时，W最大，也就是说，扬声器要获得功放的输出的最大功率，条件是：扬声器负载阻抗应等于功放的输出阻抗。若扬声器负载阻抗大于功放的输出阻抗，功放的功率不能得到很好的传送，导致内热增加，影响功率管工作稳定性，甚至会因过热而损坏。若扬声器负载阻抗小于功放的输出阻抗，输出的功率信号失真，功率管内部耗损功率急剧上升，会过度发热而烧毁。所以，只有满足上述阻抗匹配条件，功放才能正常运行。 2. 功率的匹配 在满足功放阻抗匹配的条件下，若功放输出的功率大于扬声器长期可靠运行的额定功率，扬声器虽能得到最大功率，但必然使扬声器音圈发热，机械性能被破坏。若功放的输出功率小于扬声器的额定功率，扬声器发声功率不能充分发挥，还可能引起发声频段变窄，辐射声音不平衡。因此，必须使功放工作时的输出功率等于扬声器的额定功率。即功放的工作功率等于扬声器的额定功率，这是功放功率匹配条件。功放经常运行在音乐信号下，而音乐信号的起伏是很大的，就一般音乐而言，音乐峰值功率是功放的额定功率的4倍，为了使功放长期可靠地运行，须让功放工作时留有储备量，功放的储备量定义为： 功放的最大不失真功率P0定义为：在负载8Ω时，总谐波失真不大于1%的条件下，功放所输出的连续正弦波功率。而功放的额定功率则取为功放最大不失真功率的一半，即P0/2;功放的储备量可取3～8，如果取3，则可以得到功放的工作功率=2/3×功放的额定功率，也等于扬声器的额定功率。此关系式可作为音响工程配置扬声器额定功率和功放的额定功率的关系式。 3. 阻尼因子 功放的负载并非纯电阻，而是扬声器音圈，音圈有一定的电感，是感性负载，其阻抗值与信号频率有关，输出信号能否得到很好的输送，牵涉到输出路的阻尼问题，阻尼因子（或叫阻尼系数）定义为：扬声器负载阻抗/功率管的内部电阻（含接线线阻），这个比值愈大，说明扬声器振动阻尼快，功率管工作状态愈稳定，通常大于200:1。 五、使用功放的注意事项 功放本身的操作功能键很少，操作极为简单，通常只要将电源开关打开，便可进行工作。但它前面接的是信号源，后面接的是扬声器负载，前后操作不当，对功放危害甚大，因此，使用时应注意以下几点： （1） 功放接放扩声系统中，开机时，先开启其他音响设备，最后打开功放。关机时，先关闭功放，后关闭其他设备。这样，可以避免因开、关其他音响设备产生脉冲信号，使功放过载，烧毁功放或音箱。 （2） 功放工作时，音量（在调音台上控制）由小到大，直到适中。关闭时，音量（在调音台上控制）由大到小，然后关闭。 （3） 功放工作过程中，不能任意更换功放的工作模式或扬声器负载，否则容易损坏功放。通常是先确定功放的工作模式，根据工作模式，接好音箱扬声器负载。 （4） 功放工作过程中，不能任意更换扩声系统中各音响设备的插头，包括调音台的插头。否则容易产生脉冲信号，经功放后形成功率脉冲，直到引向音响的高频头，使高频头烧毁或使功放过载而损坏。 |
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