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发表于 2010-5-16
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功率放大器是音响系统中的重要单元,功能是把前置放大器送来电压、功率都比较小的电信号进行功率放大,推动音箱等负载。功放主要参数有两部分,效率和最大不失真输出功率。
数字功率、放大器,活动策划
功率放大器是音响系统中的重要单元,功能是把前置放大器送来电压、功率都比较小的电信号进行功率放大,推动音箱等负载。功放主要参数有两部分,效率和最大不失真输出功率。
1功放的分类
一般按照末级放大电路的工作状态不同,分为五类,即A(甲)类、AB(甲乙)类、B(乙)类、C(丙)类、D(丁)类。在音频功放领域中,前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入,经放大后推动扬声器工作。理想的功放是保真度高,同时效率也高。A类功放的保真度好,但效率很低,不到10%,通常用于高档专业音响;AB类功放的保真度略为逊色,但效率可以达到20 %-40%,主要用于汽车、家用音响以及电脑,一般的演出扩声系统也多采用这种方式。D类放大器比较特殊,只有两种状态,即通和断,所以D类功放的效率高达80%—90%,使用时只需要很小的散热器或不需要散热器,但是它的保真度和A类及AB类功放相比则大大下降,因此,它不能直接输入模拟音频信号,而是需要某种变换后再放大,通常把这样具有“开关”方式的放大方式,称为“数字放大器”,在整个信号处理和功率放大过程中,全部采用数字方式,只有在功率放大后为了推动音箱才转化为模拟信号。目前有多个公司生产数字功放,单机功率从几百瓦到几千瓦,如crown公司I.Tech系列功放;TripathTe。hnology公司提供一种保真度好、效率高的音频功率放大器,其中功率晶体管工作在开关状态(D类),为区别于用脉宽调制原理设计的D类功率放大器,Tripath把这种音频功率放大器称作“T类”功率放大器。
2数字功放的发展过程
早在20世纪60年代中期,日本就曾研制出8 bit的数字音频功率放大器;到1983年,国外提出了D类(数字)PWM功率放大器的基本结构,但是这些功放仅能实现低位D/A功率转换,难以实现16 bit、44.1 kHz采样的功率放大器。随着数字信号处理(DSP)和音频数字压缩技术的结合、新型离散功率器件及其应用的发展,使开发实用化的16 bit数字音频功率放大器成为现实,这些技术离不开微机数字技术的发展,小型数字功放首先在笔记本电脑、有源音箱和声卡上采用,有数字功放的声卡可直接接耳机或普通小型音箱,使用极为方便。随着技术的成熟及应用领域的拓展,数字功放逐步进入了专业音响领域,2000年,ACT公司推出一款数字功放TACT Audio“黄金时代”.当前的音频数字编码技术,在不损伤音频信号质量的情况下,已可以做到将末级功放开关频率由未压缩数据时的约2.8 GHz减至小于1 MHz,大大降低了对开关功放管的要求,同时在开关功率放大部分,还采用了驱动缓冲器和平衡电桥技术,实现了在不提高工作电压的情况下仍然可以输出较大的功率,同时设计了完善的防止开关管击穿的保护电路,还加入了其他基于数字音频处理方面的参数调整功能。
3数字功放的工作原理
在这里不做理论上的推导,只把信号处理框图和流程进行说明,其核心技术在于数字信号的编解码和模数间的转换,而末级的开关管放大,非常类似广播的数字中波发射机,整机就是一个DC-DC的变换,把连续的模拟量,数字化成脉冲量,最后经过电容滤波,仍然还原成模拟量的连续电流电压音频信号。
数字功放在功能模块上可分为:信号输入、信号处理、功率放大、信号输出,如图1所示。数字功放输入部分,通过模拟音频输入接口接收模拟音频信号,经内部A/D转换器得到数字音频信号,或是从光纤或数字同轴电缆接口接收数字PCM音频编码信号,然后通过专用音频DSP芯片进行码型变换,得到所需要的音频数字编码格式,经过小信号数字驱动电路,送入开关功率放大电路进行功率放大,最后将脉冲功率信号通过平滑低通滤波器,得到模拟音频放大信号,驱动音箱。
由图1可知,音频数字信号经过DSP编码后,直接控制场效应管开关网络的工作状态。场效应管驱动器用来缓冲DSP并增强信号,使之能驱动大功率MOSFET开关管。由于高电平脉冲信号只有微分分量,故需通过积分电路才能得到大功率原始音频信息。
4数字功放的主要优点
与模拟功放相比,数字功放有如下优点。
11由于采用无负反馈放大电路、数字滤波器等处理技术,可以将输出滤波器的截止频率设计得较高,从而保证在20 Hz~20 kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。整个频段内无相对相移,声场定位准确。
2)由于无传统功放的静态电流消耗,所有能量几乎都是为音频输出储备,加之无模拟量放大、无负反馈电路的牵制,故具有更好的瞬间响应特征。
31无过零失真。传统功放都不可避免地存在由于对管配对及各级调整不佳等,产生的过零失真、交越失真,出现波形畸变。
4)从理论上讲,B类放大器效率仅为78%(理论值),A类功放的效率更低,D类功放的效率可达100%。可靠性方面,半导体器件的温度每升高lO°C,失真率就会提高一倍,这对传统功放的使用和散热提出了较高要求,而D类功率放大器的要求很低。
5)由于产品的一致性好,生产中无需调试,只保证元器件正确安装即可,适于大批量生产。
另外多个同型号数字功放,可以实现网络化、远程控制,灵活性高、方便。
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