调音新手要记牢:A类 B类 AB类 D类功放的区别

音频放大器将小信号的幅值提高至有用电平,同时保留小信号的细节,这称为线性度。功放放大器的线性度越好,输出信号越能真实地表示输入信号。


A类(甲类)放大器——良好的线性放大器

 

A类(甲类)放大器,是指电流连续地流过所有输出器件的一种放大器。这种放大器,由于避免了器件开关所产生的非线性,只要偏置和动态范围控制得当,仅从失真的角度来看,可认为它是一种良好的线性放大器,但效率较低。通常只有20-30%,但音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。

A类放大器在结构上,还有两类不同的工作方式。

(一)是将两个射极跟随器相联工作,其偏置电流要增加到在正常负载下有足够的电流流过,而不使任一器件截止。这一措施的最大优点是它不会突然地耗尽输出电流,如果负载阻抗低于标定值,放大器会短期出现截止现象,在失真上可能略有增加,但不致出现直感上的严重缺陷。

(二)可称作为控制电流源型(VCIS),它本质上是一个单独的射极跟随器,并带有一个有源发射极负载,以达到合适的电流泄放。这一类作为输出级时,需要在开始设计之前就把所要驱动的阻抗是多低搞清楚。

应用:这类放大器用于要求高线性度并且可用功率能满足要求的应用。

B类(乙类)放大器——最流行的放大器

B类(乙类)放大器,是指器件导通时间为50%的一种工作类别。这类放大器可以说是最为流行的一种放大器,也许目前所生产的放大器有99%是属于这一类。在实际的应用中,其实早期许多的音响功放都是B类功放,因为它的效率比较高。

B类放大器采用推挽式放大器结构。B类放大器的输出采用正向和反向晶体管。为复现输入信号,每个晶体管仅在信号波形的半周期(180°)期间导通。这允许放大器在空闲时为零电流,因此比A类放大器的效率高。

B类放大器是一种折衷:效率提高,音频质量下降。这是因为存在一个交越点,两个晶体管都从导通状态跳变为关断状态。众所周知,B类音频放大器在处理低电平信号时存在交越失真,不适合低功率应用。

AB类(甲乙类)放大器

AB类(甲乙类)放大器,实际上是A类(甲类)和B类(乙类)的结合,每个器件的导通时间在50—100%之间,依赖于偏置电流的大小和输出电平。该类放大器的偏置按B类(乙类)设计,然后增加偏置电流,使放大器进入AB类(甲乙类)。

AB类(甲乙类)放大器在输出低于某一电平时,两个输出器件皆导通,其状态工作于A类(甲类);当电平增高时,两个器件将完全截止,而另一个器件将供给更多的电流。这样在AB类(甲乙类)状态开始时,失真将会突然上升,其线性劣于A类(甲类)或B类(乙类)。

这种性能是采用以下方法实现的:将两个晶体管偏置到导通接近于零的信号输出,即B类放大器开始呈现非线性的点(图3)。对于小信号,两个晶体管均导通,作用相当于A类放大器;对于大信号偏移,每半个波形周期内只有一个晶体管导通,因此像B类放大器一样工作。

AB类扬声器放大器具有高信噪比(SNR)、低THD+N,典型效率高达65%,使其成为高保真扬声器驱动器的理想选择。

AB类功率放大器的缺陷在于会产生一点点地交越失真,但是相对于它的效率比以及保真度而言,都优于A类和B类功放,AB类功放也是目前音响中应用最为广泛的设计。

D类(丁类)放大器

这类放大器,其特点是断续地转换器件的开通,其频率超过音频,可控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平,这种情况被称为脉宽调制(PWM),其效率在理论上来说是很高的(往往高达90%或更高)。

但是,实际困难还是非常大的,因为200kHz的高功率方波是不是好的出发点尚不清楚;从失真的角度来看,为保证采样频率的有效性,必须将一个陡峭截止频率的低通滤波器插入放大器与扬声器之间,以消除绝大部分的射频成分,这至少需要4个电感(考虑立体声),成本自然不会低。此外,表现在频响方面,它只能对某一特定负载阻抗保证平坦的频率响应。

应用:

现代的D类放大器的保真度也可媲美AB类放大器。由于D类开关放大器具有较高效率,效率极高,产生的热量很低,所以D类放大器不需要很大的散热器,所以被广泛用于便携式应用。

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