音频功率放大器原理与增益计算

音频功率放大器原理与增益计算

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功率放大器

•分类

–低频功率放大器，如音频功放：

A 类（甲类）

B 类（乙类） AB 类（甲乙类） D 类（数字类功放）

–高频功率放大器，常见的如射频功放

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•音频功率放大器：

Class-A (甲类)放大器:效率约为20%

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Class-B (乙类)放大器:效率约为50%

交越失真

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Class-AB (甲乙类)放大器:效率约为50%

死区

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PWM （脉宽调制）的工作原理

Class-A (甲类)放大器－失真最小，静点工作电流最大，效率最低Class-B (乙类)放大器－失真较大，静点工作电流最小，效率较高Class-AB (甲乙类)放大器－失真中等，静点工作电流中等，效率中等Class-C (丙类)放大器－失真极大，主要用在射频调谐放大器中

Class-D (D 类)放大器－或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工作原理完全不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器

几种类型放大器的比较：

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•D 类放大器的构成

锯齿波发生器

比较器

＋

－

输入信号

功放

低通滤波

脉宽调制信号

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单端输出

桥式输出的D 类放大器

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D 类放大器的性能

极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器 最少的外部工作元件 很小的总谐波失真（THD ＋N ） 无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器）会产生电磁波辐射干扰

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•

因为在播放语言或音乐时，放大器大多数时间都工作于低输出功率的状态，所以D 类放大器的效率平均比AB 类放大器的效率高2.5到3倍•

这种高效率的特点决定了D 类放大器特别适合用于便携式设备（延长电池寿命，不需要散热器而减小体积）和特大功率设备（减小功耗）中

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典型的THD ＋N 和输出功率的关系（8欧姆，1kHz,6V ）

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THD ＋N 产生是由于：

采样时的脉宽误差和量化误差 驱动管的死区和延时 功放管的导通时间和体二极管恢复 输出滤波电感和电容的非线性

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音频类型的功放增益的计算

音频放大器的功率为：

其中Vo （RMS ）为有效值电压，Vo （PP ）为峰峰值电压，它表明了峰峰值和有效值的关系。

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音频类型的功放按照连接方式可分为：

单端

桥接

全差分音频放大器

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单端功放是最简洁的形式参考图如下

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•

这种类型的功放有一个反相放大器提供增益输入电阻RI 反馈电阻RF 提供电压增益他们的关系如下

(输出信号相位在输入信号的基础上旋转180度)

注意：

C1是输入耦合电容和R1是输入电阻, 高通滤波器的截止频率fC

例如设置输入电容为0.1 µF,输入电阻10K,导致截止频率是159 Hz.同时这也应用于输入考虑到喇叭的阻抗也产生了一个高通滤波器同样也要选择合适的电容值

假设电压增益是10 V/V or 20 dB, RF =10 RI . 这些电阻的典型值应该是

RI = 10kΩ and RF = 100 kΩ.

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桥接功率放大器增益计算

下图显示了这种放大器

•桥接式BTL 放大器和单端SE 放大器略有不同,它包括一个转换器,所以提供了双倍的电压在负载,同SE 比较产生了四倍的功率

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