现代音响工程设计手册 第八章.pdf

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（1/100 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 2  2000W/4 Ω或桥接4000W/8 Ω；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 （Program Input Processor ），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 1 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 20H ～20KH 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 Z Z 系为： P = U 2 / R （8-1 ） 0 L L 式中：P ——额定输出功率（W ）； 0 U ——负载电阻两端的电压（V ）； L R ——负载电阻（Ω）。 L 例如，一台晶体管低阻抗功放的典型输出为：R =8 欧姆时，P =225W ；R =4 欧姆时，P =360W 。如果 L