功率放大器的原理与工艺

功率放大器的原理与工艺
一、功率放大器的基本电路 二、功率放大器的技术指标 三、功率放大器的生产工艺要求 四、功率放大器的正确使用 五、常见故障分析与判断
一、功率放大器的基本电路
功率放大器的原理就是利用三极管的电流控制作用或场效 应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电 流。 因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流， 三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流 放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的 电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号隔离出来，就得到 了电流(或电压)是原先的β倍的大信号，这个现象就是三极管的 放大作用。经过不断的电流及电压放大，就完成了功率放大。 影院用功率放大器的作用就是将解码、均衡后的各路声频信 号进行放大，并推动扬声器供声。在立体声电影重放技术中，对 功率放大器的要求是高效率、低失真、大功率、高保真，确保声 音的重放有足够的功率，并能如实地反映声频信号的音质与音色。 下图是其中一个通道功率放大器的方框图：
1K
D A1 8 3 7
Q9 C5 200
Q1 0 C5 200
Q1 1 C5 200
D4
1N 540 8 C1 5 1 0 4 /2 5 0 V R4 2 0 .2 2 /5 W R5 3 R4 3 0 .2 2 /5 W R4 4 0 .2 2 /5 W C
+1 5 V
Baidu Nhomakorabea
C5 0 .1 /6 3 V
AC DB 1 0 4
AC
D5 HE R 1 5 6
1N 474 4 -1 5 V E3 2 2 0 u /2 5 V R8 75 K R9 2 9 .7 K/ 0 .5 W D Q2 C 4 4 7 /1 Kv E1 R7 33 0 4 7 u /2 5 V Z1 4V 7 TR 3 R5 1 2 0 .6 K/ 0 .5 W R7 * R2 5 4 .7 k R1 5 1K R1 7 2 2 /1 W C 1K D1 1 HE R 1 5 6 C9 33 3
Dr awn B y : 4
1、输入级与前置放大级 影院用功率放大器是专业放大器，与民用放大器相比必须具备 更好的音色、更强劲的功率以及更低的噪声。为此输入级通常是平衡 输入形式，其优点是输入信号的共模抑制好，有利于信号线长距离传 输而不受干扰 。大家知道在电影放映中是绝对不允许出现交流哼声 的，采用平衡输入时的信号线为二芯屏蔽线。其中两根芯线用于传送 信号，屏蔽线接地。两根芯线上信号完全相同但在相位上却相差 180°。当其中一根导线中传送的信号为正的峰值时，在另一根导线 中传送的信号便刚好为负的峰值。当传输过程中叠加了干扰波，而干 扰波在两根信号线上的相位是相同的，那么因为+、-信号放大后相加, 正好把干扰波信号给抵消了，从而消除了噪声。 前置放大部分使用低噪声运放IC，并引入跨导运算放大器组成动 态负反馈电路，当输入信号过大时在前级对削波失真进行动态控制。 2、功率放大级与电源 专业功率放大器的基本电路通常采用AB类放大器。在小信号时由 于偏置电路的设置，两只晶体管均保持在有效工作状态；在大信号时 两只晶体管分别对波形的正半周与负半周进行放大。由于信号的作用
Q5 A1 9 4 3
Q6 A1 9 4 3 D3 1N 540 8 F
F
E2 2 2 0 u /2 5 V +1 5 V Z3 59 29B 8 IC 1 B NE 5 5 3 2 5 E 4 Z2 6 7 1 2
B1 V+ V4 Z4 4V 7 3 R6 0 1K D6 HE R 1 5 6 Q1 C4 793 D1 1N 400 7 L2 D1 2 HE R 1 5 6 R1 2 TR 2 1 2 /0 .5 W D2 1N 400 7 R 5 4 (TT C ) 50 C7 TR 1 10 0 1 2 4 /1 0 0 V 1 5 2 /1 K V t R1 3 1 2 /0 .5 W T1 （ V ） 0 1 2 R5 9 2 .7 /3 W C3 2U H R4 9 8 2 0 /5 W C1 3 22 00 R2 6 E 5 .6 /5 W
输入灵敏度 输入阻抗（Ω ） 信噪比（dB） 计权 上升速率 (V/μ s) 失真度（%） 阻尼系数 输入/输出插座 外形尺寸(mm) 净重（kg）
按照“THX”标准规定要求，音量电位器置于功率放大器的后端。
1、额定输出功率 功率放大器的输出功率是指在额定负载阻抗下，放大器不失真的 输出功率，亦称额定输出功率。通常我们在产品说明书中给出的就是 额定输出功率。 放大器的输出功率可根据使用场合，负载状态去选择。同样的一 台功率放大器如果所接的负载发生了变化，输出功率也会发生变化。 为了保证设备的安全可靠性，在使用中一定要按照机器指定的负载阻 抗来连接音箱。 音乐功率是指扬声器所能承受的短时间最大功率，由于工作时间 短暂，音乐功率能达到额定功率的数倍。但因为没有太大的实际意 义，一般不会在指标中列出来。 2、输入灵敏度 输入灵敏度通常是指前级设备送入功率放大器，并且能够使功率 放大器输出额定功率的输入信号强度。 3、上升速率 这个指标是放火器的瞬态参数之一,它反映放大器跟随能力的大 小,也是描述放大器“亏损失真”的指标。
DSA系列
2000 3000
20～20kHz （＋0，－1dB. At 1watt） 450+900 300+600 1300×2 850×2 2600 1.1V（＋3dB） 20k（平衡），10k（非平衡） ≥98 ＞20 ＜0.5 % ≥300 卡侬／条形接线端子 483（W）×88（H）×400（D） 21 24 28 450+1300 300+850 400×2 280×2 500×2 350×2 800×2 500×2
这种电路对于晶体管的配对要求很高，如果管子参数差异大，不仅 会产生失真，严重时会烧毁晶体管。目前我们采用的是日本东芝原装 进口大功率管。
下图是以我公司产品CPA2400为例，对H类放大器的工作原理进行 大概分析：


图中场效应管起开关的作 用。输出功率小时，管子处于 截止状态，+VL与-VL向放大管 供电。输出功率大时，场效应 管处于导通状态+VH与-VH为放 大管提供更高的电压。在实际 工作时场效应管根据功放输出 功率的不同，不停的开关截止， 使功放输出管的电压根据输出 功率的大小变化，从而提高了 功放的效率。 功率放大部分采用了互补 反馈对管群式“地输出” 的H 类放大电路，这种电路的优点 是在影院的长期使用条件下温 升低、效率高、可靠性强、输 出功率持续不断。
3 K /3 W
R3 7 .5 K R2 10 0 3 6 2 VB R1 10 0 5 4 IC 3 CA 308 0
R1 1 27 0 7 V+ R3 8 7 .5 K F2 6 A /2 5 0 V
R3 2 82 0 Q3 B C9 012
-1 5 V R4 C6 0 .1 /6 3 V 10 K
J4
R1 0 15 0K E5 1 0 0 U/2 5 V -1 5 V
T3 -V
2
1
Tit le A Siz e A3 Da te: Fil e: 1 2 3 2 2 -Feb -2 0 1 1 E:\ 工 作资 \9 4 0 .d d b 料 Sh eet of Nu mb e r R e v isio n A
二、功率放大器的技术指标
ENPAR系列影院用功率放大器主要技术参数
CPA系列`
800 额定频率范围 4Ω 额定输 出功率 （W） 8Ω 桥接 450×2 300×2 900 600×2 400×2 1200 900×2 600×2 1800 1.1V（＋3dB） 20k（平衡），10k（非平衡） ≥103 ＞23 ≥100 ＞26 ≥108 ＞27 ≥105 ＞27 ＜0.2% ≥500 卡侬／扬声器插与条形接线端子 483（W）×88（H）×400（D） 20 23 27 25 483×132×452 33 30 ≥102 ＞24 ≥102 ＞26 1200 2400 940 3600 1260 1000
2、保护电路 保护电路是功率放大器的重要组成部分之一，由于输出功率很 大，一旦输出负载短路或输出电流过大，放大管极易被烧毁，过高的 输出信号也极易使扬声器受损。为了保证设备的正常工作，在功率放 大器中需设置数种功能的保护电路。我们目前使用的有以下几种： a）限流保护器实行过流保护 当整机电流超过正常值时，限流保护器弹出，整机断电以保护机器。 b) 用温控器实现温度保护 在具体的电路中，主要使用了两种规格的温度控制器。一种是55°常 开温控器，用于控制散热风机的速度。见下图。 工作原理如下：当功放散 热器温度低于55°时温控器 处于开路状态三端稳压器提 供的24V电压通过100欧姆电 阻给P7风机供电，风机以常 速运转。当温度高于55°时， 温控器闭合，24V电压直接加 在风机上，风机以高速运转
1
2
3
4
H P2 TO W
1 2 3
H T2 +V
1 2
C1 RN 1 10 K 4 10 K 2 3
10 1
1
R6 2 1 G IC 1 A NE 5 5 3 2 P R5 1K 5 10 K 6 7 C2 10 K 8 C1 2 22 0 R5 2 3 K /3 W 10 1 P3 B TO LED (C L IP)
1 2
4 .7 K R1 8 2 .2 K
1F 1 6 A /2 5 0 V G
3
P1 Vi n
3 2 1
R3 4 R1 6 2 2 /1 W 0 .2 2 /5 W
R3 5 0 .2 2 /5 W
R3 6 0 .2 2 /5 W C1 4 1 0 4 /2 5 0 V
Q4 A1 9 4 3 R1 4 1K
4、阻尼系数 阻尼系数是指放大器的额定负载(扬声器)阻抗与功率放大器实际 阻抗的比值。阻尼系数大表示功率放大器的输出电阻小，阻尼系数是 放大器在信号消失后控制扬声器锥体运动的能力。具有高阻尼系数的 放大器，在信号终止时能减小扬声器的振动。 功率放大器的输出阻抗 会直接影响音箱的低频Q值，从而影响系统的低频特性。所以一般希 望功率放大器的输出阻抗小、阻尼系数大为好。当阻尼系数过小时， 对于大功率低音单元大振幅工作时，在谐振频率附近容易出现失控现 象——扬声器进入自由振荡状态。所以阻尼系数一般应在几十到几百 之间，优质专业功率放大器的阻尼系数可达200以上 。但是阻尼系数 也不是越大越好，过大会降低系统的瞬态响应指标。 5、信噪比 信噪比有计权与不计权两种测量方式。所谓计权是依据一定的规 则将某个数值加以修改。比如信噪比计权测量时就是根据人耳的的听 觉特性，对电信号进行修正。从测量的数值来看，通常计权测量要比 不计权测量得到的数值要高一些。
从而把机内的温度降下来。 另一种规格是85°常闭温控器，用于控制功率放大器的输出端。 在机器工作正常散热器温度低于85°时，温控器处于闭合状态。信号 通过继电器输出推动音箱。当散热器温度高于85°时，温控器断开， 相应电路动作使继电器也跳开，此时功率放大器无输出。待机内温度 恢复正常后，温控器重新闭合，继电器也闭合恢复输出。从而实现输 出回路的直流电压保护 c) 机内保险丝熔断保护 在部分型号的功率放大器中，放大板上还安装有保险丝，当功放 输出端长时间短路时机内保险丝会熔断。保护电子器件不至于出现大 范围的损坏。 在以上三种保护电路中，当非正常使用情况消失后： a) 需手动将限流保护器推进去，放大器才能重新开始工作。 b) 可以自动恢复工作。 c) 必须更换相同规格的保险丝和损坏的元器件放大器才能恢复工作。
两只管子始终是轮流截止和导通，并且其中流过的电流几乎是全部送 入扬声器，因此，AB类功放产生的热量较小，并且效率提高了很多， 一般电声转换效率在70％以上。 目前我们公司的功放产品采用了更为先进的二级电源控制的H类 放大器电路。通过设置高低值不等的二档电源，当机器输出功率不同 时，通过电压比较器，来控制电源电路低电压与高电压间的相互转换， 使其既能支持所需要的信号振幅，还有助于降低小信号输出时的功耗， 从而降低热耗，进一步提高了放大器的电声转换效率（达80%～90%）。 这种电路相比其他放大器要复杂，成本也较高。目前仅有QSC功放和 国内少数几家功放采用此电路。