功放,顧名思義就是功率放大的縮寫,與電壓或者電流放大來說,功放要求獲得一定的、不失真的功率,一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。
因此,功放電路一般包含電壓放大或者電流放大電路沒有的特殊問題,具體表現(xiàn)在:
輸出功率盡可能大;
通常在大信號(hào)狀態(tài)下工作;
非線性失真突出;
提高效率是重要的關(guān)注點(diǎn);
功率器件的安全問題。
而對于功放電路,也需要注意以上的問題,根據(jù)放大電路的導(dǎo)電方式不同,功放電路按照模擬和數(shù)字兩種類型進(jìn)行分類。
模擬功放通常有A類、B類、AB類、G類、H類、TD功放,數(shù)字電路功放分為D類、T類,下文對以上的功放電路做詳細(xì)的介紹和分析。
01、A類功放(又稱甲類功放)
A類功放在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)電流截止(即停止輸出)的一類放大器,但是A類放大器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高熱,效率很低。
盡管A類功放有以上的弊端,但固有的優(yōu)點(diǎn)是不存在交越失真,并且內(nèi)部原理存在著一些先天優(yōu)勢,它是一種完全的線性放大形式的放大器。在純甲類功率放大器工作時(shí),晶體管的正負(fù)通道不論有或沒有信號(hào)都處于常開狀態(tài),這就意味著更多的功率消耗為熱量。純甲類功率放大器在汽車音響的應(yīng)用中比較少見,像意大利的Sinfoni高品質(zhì)系列才有這類功率放大器。這是因?yàn)榧兗最惞β史糯笃鞯男史浅5停ǔV挥?0-30%,。
02、B類功放(又稱乙類功放)
B類功放是指正弦信號(hào)的正負(fù)兩個(gè)半周分別由推挽輸出級的兩個(gè)晶體管輪流放大輸出的一類放大器,每一個(gè)輸出級晶體管只在信號(hào)波形的半個(gè)周期(180度)導(dǎo)通,為了對整個(gè)信號(hào)進(jìn)行放大,使用了兩個(gè)晶體管,一個(gè)用于正輸出信號(hào),另一個(gè)用于負(fù)輸出信號(hào)。通常會(huì)產(chǎn)生我們所說的交越失真。
通過模擬電路的調(diào)整可以將該失真盡量的減小甚至消失,B類放大器的效率明顯高于A類功放。
03、AB類功放(又稱甲乙類)
AB類功放界于甲類和乙類之間,推挽放大的每一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于信號(hào)的半個(gè)周期而小于一個(gè)周期。通過對電路中的兩個(gè)晶體管進(jìn)行偏置,使信號(hào)接近零(B類放大器引入非線性的工作點(diǎn))時(shí)兩個(gè)晶體管導(dǎo)通;大信號(hào)時(shí),晶體管轉(zhuǎn)換到B類工作方式。由此可見,小信號(hào)時(shí)兩個(gè)晶體管均保持有效工作,類似于A類放大器;大信號(hào)時(shí),相應(yīng)于波形的每半周,只有一個(gè)晶體管保持有效狀態(tài),類似于B類放大器。
因此AB類功放有效解決了乙類放大器的交越失真問題,效率又比甲類放大器高,因此獲得了極為廣泛的應(yīng)用。
04、D類功放(又稱丁類功放)
D類功放也稱數(shù)字式放大器,利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來放大信號(hào),輸出為開關(guān)波形,開關(guān)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于需要恢復(fù)的信號(hào)的最高頻率。經(jīng)過低通濾波后,輸出波形的平均值與實(shí)際的信號(hào)保持一致。由于工作時(shí)輸出級晶體管處于完全導(dǎo)通或完全關(guān)斷狀態(tài),不會(huì)進(jìn)入晶體管的線性工作區(qū)(這是導(dǎo)致其它類型放大器低效的原因),D類放大器具有極高效率(高達(dá)90%,甚至更高)。現(xiàn)代D類放大器可以達(dá)到與AB類放大器同等級別的保真度。
具體工作原理如下:D類功放采用異步調(diào)制的方式,在信號(hào)周期發(fā)生變化時(shí),高頻載波信號(hào)仍然保持不變。
因此,在信號(hào)頻率比較低的時(shí)候,PWM的載波個(gè)數(shù)仍然較高,因此對抑制高頻載波和減少失真非常有利,而載波的變頻帶原理信號(hào)頻率,因此也不存在與基波之間的相互干擾問題。
05、G類功放
G類功放為一種多電源的AB類功放的改進(jìn)形式,但它采用了兩路或更多的供電電源工作在小信號(hào)電平時(shí),放大器采用較低的電源電壓供電。隨著信號(hào)電平的提升,使用自適應(yīng)電源軌使得放大器自動(dòng)切換到適當(dāng)?shù)碾娫措妷骸S捎谥辉诒匾獣r(shí)采用高壓供電而ab類放大器則始終采用高壓供電,G類放大器的效率高于AB類放大器。
該類功放的放大原理與AB類功放放大相同,一個(gè)重要特點(diǎn)是供電部分采用兩組或者多組電壓,低功率運(yùn)行使用低電壓,高功率自動(dòng)切換到高電壓。G類放大器的效率高于AB類放大器。
06、H類功放
H類功放的放大電路部分與AB類功放的原理相同,但是供電部分采用可調(diào)節(jié)多級輸出電壓的開關(guān)電源,自動(dòng)檢測輸出功率進(jìn)行供電電壓的選擇。通過調(diào)節(jié)其自身的電源電壓,最大程度地降低輸出級的壓降。可以采用多個(gè)分立電壓,也可采用連續(xù)可調(diào)的電壓。雖然與G類放大器技術(shù)類似,旨在降低輸出級電路的功耗,但H類放大器技術(shù)無需采用多個(gè)供電電源。H類放大器的設(shè)計(jì)比其它放大器復(fù)雜,需要額外的控制電路來預(yù)測、控制電源電壓。
07、K類功放
K類功放是集成了內(nèi)部自舉升壓電路和各種功放電路,大家都知道D類功放只是眾多功放電路中其中一種效率比較高的數(shù)字功放。而K類功放只是根據(jù)需要將內(nèi)部集成的自舉升壓電路和所需求的功放電路,如果需求效率高就加D類功放,要音質(zhì)好就加AB類功放。
08、T類功放
該類功放的原理與D類功放的原理相同,但是信號(hào)部分采用DDP技術(shù)(核心是小信號(hào)的適應(yīng)算法和預(yù)測算法)。信號(hào)進(jìn)入功放的電流全部經(jīng)過DDP進(jìn)行運(yùn)算處理后控制大功率高頻晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)閉,從而達(dá)到信號(hào)的高保真線性放大。
該類功放具有效率高、失真小,信號(hào)質(zhì)量可以與AB類功放媲美的一類功放。
09、TD類功放
該類功放的放大部分與AB類功放原理相同,但是供電部分采用完全獨(dú)立的高精度可調(diào)節(jié)無級輸出的可調(diào)節(jié)數(shù)字電源,電壓遞進(jìn)值為0.1V,自動(dòng)檢測功率來調(diào)節(jié)電壓的升高或者降低。
該類功放由于需要高精度可調(diào)節(jié)的數(shù)字電源,需要對電源有專門的設(shè)計(jì),而不能集中在一個(gè)芯片上,因此,該類功放主要使用在高級音響上,而電路也比較復(fù)雜。對于后面6、7、9類功放,需要特殊的電源,因此不能將功能集中在一片IC上,而對于經(jīng)典的A類,B類,AB類和D類功放有專門的IC。
總結(jié):
在實(shí)際的設(shè)計(jì)中,需要各種類型的,應(yīng)用在不同領(lǐng)域的功放電路,只需要以此為基礎(chǔ),外加相應(yīng)的電源或者處理模塊。
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原文標(biāo)題:硬件設(shè)計(jì)-功放(三)
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