功放

功放的作用及工作原理介紹。功率放大器簡(jiǎn)稱(chēng)功放，一般特指音響系統(tǒng)中一種最基本的設(shè)備，俗稱(chēng)“擴(kuò)音機(jī)”，它的任務(wù)是把來(lái)自信號(hào)源（專(zhuān)業(yè)音響系統(tǒng)中則是來(lái)自調(diào)音臺(tái)）的微弱電信號(hào)進(jìn)行放大以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)出聲音。還可以指其他進(jìn)行功率放大的設(shè)備。

功放的作用

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

功放，是各類(lèi)音響器材中最大的一個(gè)家族，其功放的作用主要是將音源器材輸入的較微弱信號(hào)進(jìn)行放大后，產(chǎn)生足夠大的電流去推動(dòng)揚(yáng)聲器進(jìn)行聲音的重放。由于考慮功率、阻抗、失真、動(dòng)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(hào)處理、線路設(shè)計(jì)和生產(chǎn)工藝上也各不相同。

功率放大器的作用

前級(jí)功放：前級(jí)功放的作用是對(duì)信號(hào)源傳輸過(guò)來(lái)的節(jié)目信號(hào)進(jìn)行必要的處理和電壓放大后，再輸出到后級(jí)功放。它就像鐵路岔道一樣，控制切換哪一路音源信號(hào)接入功放，哪一路音源信號(hào)與功放斷開(kāi)。

后級(jí)功放：后級(jí)功放的作用，是進(jìn)行單純功率放大的部分，它的作用就是盡可能原原本本地放大來(lái)自于前級(jí)的信號(hào)，我們對(duì)后級(jí)的要求是，放大倍數(shù)盡可能高，而放大后信號(hào)的失真程度應(yīng)盡可能低。除放大電路外，還設(shè)計(jì)有各種保護(hù)電路，如短路保護(hù)、過(guò)壓保護(hù)、過(guò)熱保護(hù)、過(guò)流保護(hù)等。

放大音量：功率放大器最主要的作用就是用來(lái)放大音量的，一般就是使用在家用 音響 以及各種音響設(shè)備上的。功率放大器的安裝也是比較簡(jiǎn)單的，很多的音響設(shè)備都會(huì)自帶一些功率放大器，但是由于不能滿(mǎn)足需要所以一些人會(huì)自己安裝一個(gè)功率放大器。

提高音質(zhì)：功率放大器除了放大音量之外，還具有提高音質(zhì)的作用。但是需要注意的是只有正確的安裝了功率放大器，它才能夠有效的提高我們的音響系統(tǒng)的音質(zhì)。

功放的工作原理

功放的工作原理其實(shí)很簡(jiǎn)單，就是將音源播放的各種聲音信號(hào)進(jìn)行放大，以推動(dòng)音箱發(fā)出聲音。我們以常見(jiàn)的D類(lèi)功放工作原理來(lái)詳細(xì)解說(shuō)：

D類(lèi)功放是放大元件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。無(wú)信號(hào)輸入時(shí)放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電。工作時(shí)，靠輸入信號(hào)讓晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)接通的開(kāi)關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通。理想晶體管因?yàn)闆](méi)有飽和壓降而不耗電，實(shí)際上晶體管總會(huì)有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號(hào)輸出的大小無(wú)關(guān)，所以特別有利于超大功率的場(chǎng)合。在理想情況下，D類(lèi)功放的效率為100％，B類(lèi)功放的效率為78．5％，A類(lèi)功放的效率才50％或25％（按負(fù)載方式而定）。

D類(lèi)功放實(shí)際上只具有開(kāi)關(guān)功能，早期僅用于繼電器和電機(jī)等執(zhí)行元件的開(kāi)關(guān)控制電路中。然而，開(kāi)關(guān)功能（也就是產(chǎn)生數(shù)字信號(hào)的功能）隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與Hi－Fi音頻放大的道路卻日益暢通。20世紀(jì)60年代，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始研究D類(lèi)功放用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就開(kāi)始生產(chǎn)D類(lèi)汽車(chē)功放。一方面汽車(chē)用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無(wú)法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，兩者都希望有D類(lèi)這樣高效的放大器來(lái)放大音頻信號(hào)。其中關(guān)鍵的一步就是對(duì)音頻信號(hào)的調(diào)制。

圖1是D類(lèi)功放的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個(gè)部分：

圖1 D類(lèi)功放基本結(jié)構(gòu)

第一部分為調(diào)制器，最簡(jiǎn)單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號(hào)加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過(guò)自激振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置三角波峰值的1／2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為1：1的方波。

當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，比較器輸出高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號(hào)幅度高于三角波幅度的時(shí)間卻大為減少，方波占空比小于1：1。這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱(chēng)為PWM（PulseWidthModulaTIon脈寬調(diào)制）或PDM波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。

第二部分就是D類(lèi)功放，這是一個(gè)脈沖控制的大電流開(kāi)關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號(hào)變成高電壓、大電流的大功率PWM信號(hào)。能夠輸出的最大功率有負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過(guò)的電流來(lái)決定。

第三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來(lái)。方法很簡(jiǎn)單，只需要用一個(gè)低通濾波器。但由于此時(shí)電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來(lái)時(shí)，C的充電時(shí)間大于放電時(shí)間，輸出電平上升；窄脈沖到來(lái)時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)，輸出電平下降，正好與原音頻信號(hào)的幅度變化相一致，所以原音頻信號(hào)被恢復(fù)出來(lái)，見(jiàn)圖2。

圖2 模擬D類(lèi)功放工作原理

D類(lèi)功放設(shè)計(jì)考慮的角度與AB類(lèi)功放完全不同。此時(shí)功放管的線性已沒(méi)有太大意義，更重要的開(kāi)關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號(hào)的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開(kāi)關(guān)響應(yīng)要好。
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