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功率放大器的阻抗匹配、防护办法、运用技巧及特色

功率放大器的阻抗匹配、防护措施、使用技巧及特点-对于主要作用是向负载提供功率的放大电路通常称为功率放大电路,其主要特点如下:一是输出功率是指交变电压和交变电流的乘积,即交流功率;二是交流功率是在输入为

  关于首要效果是向负载供给功率的扩大电路一般称为功率扩大电路,其首要特征如下:一是输出功率是指交变电压和交变电流的乘积,即沟通功率;二是沟通功率是在输入为正弦波、输出波形根本不失真时界说的;三是输出功率大,因而耗费在电路内的能量和电源供给的能量也大;四是晶体管常常作业在极限运用状况,由此要考虑必要的散热办法和过电流、过电压的维护办法。

  

  功率扩大器的阻抗匹配

  在所有电子音像设备中,都有一个功率输出的最佳计划问题,即为了取得最大的功率输出而又不添加电路的出资经费,这便是功率扩大器与扬声器体系的最佳组合。

  功率扩大器组合的意图是为了到达最小的设备出资而取得最大的功率输出,以图1互补型功率扩大电路为例:和为功放朱级,作业于低偏置甲乙类互补状况。它的输出功率近似于乙类状况。

  

  为了到达最大输出功率,所以负载的巨细应该使功率管的电流输出和电压输出的乘积最大,这时的状况称为功率匹配状况。在音响设备的扬声器体系中音响的输出阻抗应为扬声器组合状况的总阻抗,这样音响的输出功率才是标明的额外规范功率,不然音响的输出功率就达不到要求。

  例如:音响规范接头上标明是4Ω、100W,那么该接头上的阻抗便是两个8Q扬声器的并联,每个扬声器可得到50W,这样归纳扬声器体系,便是4Ω、100W,不然不能完成100w的功率输出。

  功率扩大器的防护

  功率管是功率扩大电路中最简略遭到损坏的器材,损坏的大部分原因是因为管子的实践耗散功率超越了额外数值。别的,若功率扩大器与扬声器失配或扬声器运用中长期过载,也极易损坏扬声器(或音箱),因而,在音响设备中,防护的意图是维护贵重的功放和扬声器,所以对电源、功放、音箱的过载和短路维护是完全必要的。

  (1)电源维护:图2是分立元件稳压电路,电路中Ri的是过载电流取样电阻,当其电压大于0.7V时,V13导通,集电极电位下降,调整管V11断开,约束电源输出电流。

  

  图3是可调输出电压模块,功耗达70W,电流可达10A,电压调整率为20.8%,输出电压为1.25~15V,且有短路维护。

  

  当运用开关电源时(例如芯片CWl225),则有专门的维护操控端第⑩脚,只需输入过电流或过电压信号,即可到达维护意图。

  (2)功放级晶体管维护:功率扩大晶体管除在运用中有必要留意环境温度及选用适宜的散热器外,首要是考虑过电流和过电压维护问题,现在运用的集成电路都设有限流维护和热堵截维护功用(如HAl350、HA2211、LM2879等),所以在克己功放时须留意过压维护,如图4所示。依托R内(电源内阻)和Vl、V2的击穿,使过电压不能升高而维护Vl、V2。

  

  (3)音箱扬声器体系维护:音响体系的维护有两种含义:一种是音响扬声器的过载;另一种不是音频功率的过大、而是直流电位的偏移,导致无电容阻隔的OCL或BTL电路扬声器焚毁。过载时,功放电路现已有维护无须别的考虑,这儿仅介绍直流偏移组合音响维护电路。

  

  图5为组合音响维护电路。从图中可以看出,当左、右声道送入音箱的声响信号,经过R1、R2被电容C2、C3旁路而无直流偏移时,整流桥无直流输出,V11截止,V12、V13导通,继电器K吸合,左、右声频信号经保险丝F输出;当存在直流偏移时,整流桥输出使V11导通,V12、V13截止,继电器K开释堵截了音频信号,维护音箱。

  电路中C2、C3是滤波%&&&&&%,C4具有开关机时延时接通音箱功用,防止开机时的冲击噪声,V则具有短路K的断电反电动势效果,维护V12、V13晶体管。

  对功放电路的了解或点评,首要从输出功率、功率和失真这三方面考虑

  1、为得到需求的输出功率,电路须选集电极功耗满意大的三极管,功放管的作业电流和集电极电压也较高。电路规划运用中首要要考虑怎样充分地发挥三极管功用而又不损坏三极管。因为电路中功放管作业状况常挨近极限值,所以功放电流调整和运用时要当心,不宜超限运用。

  2、从能耗方面考虑,功放输出的功率最终是由电源供给的,例如收音机中功放耗电要占整机的2/3,因而要非常留意进步电路功率,即输出功率与耗电功率的比值。

  3、功放电路的输入信号现已几级扩大,有满意强度,这会使功放管作业点大幅度移动,所以要求功放电路有较大的动态规模。功放管的作业点挑选不妥,输出会有严峻失真。

  功率扩大器的运用:

  功率扩大器在某种程度上操纵着整个体系能否供给杰出的音质输出。

  关于许多人来说,对扩大器并不是非常的了解,不清楚在功放音箱中,都需求哪些的配件进行装备,才能将功放的效果播放到一个最佳的状况。第一种:便是在喇叭下面装个电阻做电流取样,实践上反应回去的仍是电压信号,是模仿的电流反应,做的人最多,可是这个电路有缺陷的,有2个方面的原因:

  1、是他的输出增益会跟着阻抗的改动而改动。成果使加在喇叭2端的不是恒压了,好象这样可以使加到喇叭上的功率稳定。因为扬声器的声压特性曲线是在恒压输出下测验的,所以单纯的这种电路并欠好声,听感欠安,好玩罢了,不过有改进型的电路,以电压负反应为主,加适量的这种类型的电流负反应,却是可以做出不错的声响,但此刻电流负反应的效果是改动功放的阻尼系数,对幅频特性影响不大。

  2、是取样点在喇叭的下面,喇叭是个电感,电流流过电感其相位会改动,低频还好,高频可以移相90度,相位特性极差。第二种:负阻扩大器,除了在一些特别的场合,第一个用于音响上并取得成功的是YAMAHA,其首要的效果是对低频的延伸有很好的改进效果,可是对200Hz以上的频率却会起到劣化音质的效果,所以一般是用在超低频有源音箱上。实践上,这种电路是和音箱调配运用的,独自没有什么实践运用的含义。其作业原理是:假如音箱是一个刚体,那么加上一个管子,就可以变成一个抱负的霍尔莫滋共识箱,那么不管这箱子巨细怎么,管子的粗细怎样,只需契合霍尔莫滋共振核算公式。哪怕20Hz的谐振点也可以做的到,箱子的巨细,仅仅功率凹凸罢了,因为音箱上有喇叭的存在,喇叭在发声的时分是在运动的,音箱就不是一个刚体,那么箱子就不会发生霍尔莫滋共识。

  因而,假如在发声的时分喇叭的振膜是静止不动的。那么,箱子就挨近刚体,就可以满意霍尔莫滋共振的条件,可以恣意的规划这个箱子的谐振点。发声的时分让喇叭不动的作业便是负阻功放的使命了。负阻功放的作业原理是当喇叭在低频段作业的时分,其阻抗特性急剧改动,扩大电路经过电流取样将这种改动取出来反应给功放,使得功放以电流的方法进行操控喇叭,假如对扩大电路进行等效剖析,可以发现功放的内阻在核算上成负阻特性。在动态扩大的时分使得喇叭加扩大器的内阻挨近于0。成果这种电路使得在喇叭不管朝哪个方向都遭到很强的阻尼。只需发声以完毕,喇叭就不动了,箱子也就变刚体了。

  第三种:电流模反应扩大电路,这个才是有用的电流扩大电路,也是真实的电流型负反应,其反应的信号是电流,不是电压,便是说在负反应端不是加上,而是参加,有电流流入的。这种电路最早是在视频传输,或则仪器设备象示波器什么的上用的许多。

  因为是低阻负电流反应输入这种电路的高频特性极佳,容性负载的驱动才能超强,只需进过改进,发现做功率扩大器很是不错,可以补偿电压型扩大器的一些先天不足,象开环频响低,闭环的瞬态频响失真,极弱的容性负载驱动才能。缺陷是这种电路的开环增益比较低,闭环后的失真会比电压型扩大器高一个数量级。不过,做的好总失真也不会过0.01%。

  

  功率扩大器的首要特征:

  功率扩大器简称功放,以其首要用处来说,功放可以分做两个首要类别,即专用功放与民用功放。在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声,以及录音监听等场所运用的功放,一般说在其技术参数上往往会有一些共同的要求,这类功放一般称之为专用功放或是专业功放。

  而用于家庭的Hi-Fi音乐赏识,AV体系放音,以及卡拉OK文娱的功放,一般称为民用功放或是家用功放。专用功放与民用功放虽然在一些特性参数上有所不同,但也很难说有一条爱憎分明的界限,比方用于音乐录音监听的功放很或许便是一台可用于家庭Hi-Fi乃至是Hi-end功放。

  Hi-Fi功放与AV功放:

  Hi-Fi功放与AV功放是家用功放中的两个首要类别。这两类功放用于不同的用处,规划的偏重也不相同。Hi-Fi功放用于赏识音乐,运用者寻求的是尽或许的“原汁原味”。而AV功放的运用者寻求的是与画面相合作的“现场”效果,乃至是夸张了的“现场”效果。这两类功放不太好直接比较孰优孰劣,比方价位同为三千多元的Hi-Fi功放与AV功放,Hi-Fi功放的本钱投入只在两个声道上,而AV功放的本钱投入则要统筹5-6个声道,还要具有必定的效果处理功用。假如仅看其两个主声道的投入,必定低于Hi-Fi功放两个声道的投入。其放音效果的差异是清楚明了的。可是无论是Hi-Fi功放仍是AV功放,都有高级精品型与超值普及型之分。

  一般来说,很难能有一台可以对Hi-Fi、AV全兼容的AV功放,AV功放统筹Hi-Fi音乐赏识是有条件的,这一条件便是运用者赏识音乐时的要求与规范,假如运用者仅是用来赏识一些休闲音乐,或是只需求可以听到乐曲的旋律,AV功放是比较简略满意的,可是要是对音乐赏识有较高的要求,一般的AV功放就难于满意了。

  晶体管功放与电子管功放:

  用于Hi-Fi赏识的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类,曾经还有用%&&&&&%或是模块电路的Hi-Fi功放,但现现已不多见。音响技术超级论坛 晶体管功放和电子管功放并不存在着好坏的差异,只不过运用的器材不同(一是晶体管,一是电子管),因为两类器材不同,其物理基理与电路特征也不相同。

  电子管的电流是电子在真空中受电场力的招引,运动构成的。而晶体管的电流是半导体元素的外层电子在电场力的效果下搬运方位构成的。这种物理基理的不同,形成在实践运用中电路特征也不同。相对来说,电子管功放的作业电压较高,但作业电流比较小,而晶体管功放的作业电压较低,作业电流都比较大。 电子管功放与晶体管功放的音色确是有必定的差异,两者对瞬态信号的呼应也不相同。这种不同都又别离习惯了不同类别的音乐和不同的音乐赏识者,所以Hi-Fi功放中构成了晶体管功放和电子管功放并存的状况。不过,若是以品牌、类型、数量而言,晶体管功放所占的比例仍是肯定大于电子管功放。

  甲类功放与乙类功放:

  晶体管功放输出级晶体管的作业状况,可以分做甲类与乙类。所谓甲类,简略地说便是使输出级晶体管在正弦沟通信号的正负半周时均作业在线性区,而乙类则是仅使输出级的晶体管在正弦沟通信号的正半周(或是负半周)作业在线性区。因为输出级晶体管的作业状况不同,使得输出级的电源运用功率(即输出功放与耗电功率之比)也不同。在有用的输出电路中,乙类的功率要比甲类的功率高2-3倍。

  甲类功放不存在交越失真,并且不管实践输出功率巨细,输出级晶体的内阻均为稳定。而乙类功放总会有必定的交越失真(虽然这种失真或许极小),别的,在大输出时输出级晶体管的内阻较小,但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。这些不同,形成听感上也有不同,甲类功放的声响相对乙类功放而言比较柔软,别的对音箱的低频操控力也比乙类功放强,尤其是在小音量时低声的质感要好一些。甲类功放的这些特征,使得甲类功放在实践运用中不需求很大的输出功率余量,一台20W-30W的甲类功放现已可以把大多数的音箱推进得很不错了。

  前面说到了甲类功放的电源功率低,这一原因形成甲类功放作业时要发出许多的热量。为了使晶体管的作业温度不超越必定极限,需求较大体积和面积的散热器,这使得甲类功放的体积、分量都比较大。

  纯后级功放与单声道功放:

  常见的功放都是把扩巨细信号的前置扩大器(前级)与功率扩大器(后 级)做在一个机壳中,这种功放常被称为“兼并功放”,兼并功放运用方便,又有比较好的性能价格比。但这种兼并功放有它一些固有的缺陷,其间最欠好战胜的便是前级与后级之间的彼此搅扰问题了。为了处理这一问题,所以便把前级与后级别离做在两个机壳中,这样就有了纯后级功放。大多的纯后级功放都是双声道的结构方法,但这种结构方法使得两个声道彼此搅扰问题又不太好处理,为了处理两个声道彼此间的搅扰便又呈现了把两个声道分隔的单声道纯后级功放。

  把功率扩大器这样一块块地分割开,最首要的含义是要进步功放的本质,而不是寻求这种方法。假如仅仅在方法上完成了彼此分隔,虽然可以处理彼此搅扰问题,但其它参数并未显着改进,那么这种分隔对功放进步全体本质来说仍是有限的。功率扩大器有晶体管与电子管之分,前级相同也有晶体管和电子管之分。关于音响爱好者与音乐爱好者而言,在选用前级与后级上有多种的组合方法,而不同的组合方法又有不同的音效特征,这使得运用者又多了一些挑选的空间。

  与纯后级功放配接的前级对整个音响体系的好坏影响比较大。首要它有必要具有必定的本质,不然,纯后级或是单声道的长处便发挥不出来,乃至有或许把一台残次前级的“缺点”杰出出来,全体音效反而更差了。再有,不同的前级后级合作其音色特征不同,运用者可以根据个人的偏心挑选不同的组合方法。比方,许多音响与音乐爱好者就喜欢用“胆前、石后”(即电子管前级,晶体管后级)的组合方法,觉得这样组合既发挥了晶体管后级功率输出大,瞬态呼应好的特征,又领会了电子管前级音色香甜、浑厚的“神韵”,不过这种调配也并不是“金科玉律”,因为详细的前级与后级都有各自的特征,而对音色的偏心又因人而异,运用者可以根据详细的状况找出自己所喜欢的组合方法。

  

  Hi-Fi功放应有多大的输出功率:

  Hi-Fi功放应有的输出功率受许多要素影响,首要这一输出功率与所配接的音箱联系较大,其次还与功放的本身本质有关,再有便是与所运用的环境,也便是房间的空间体积有关。

  音箱有一项参数叫作灵敏度,它的单位是dB/m?W,所代表的含义是当音箱得到1W的电功率时间隔音箱1m处发生的声压(dB)。假如某款音箱的灵敏度是90dB,那么在1m处得到90dB的声压需有1W的功率来推进。要得到100dB的声压, 那就需求10W的功率来推进了。但假如音箱的灵敏度是80dB(如ATC的SCM-10)要想到达100dB的声压则需求100W的功率来推进了。大多数音箱的灵敏度约为85dB-90dB,对这些音箱来说,有10W-30W的不失真功率现已可以有满意的声压了。

  功放本身的本质,与功放应有的输出功率联系较大。功放的参数中有一项称为阻尼系数,这是表明对音箱操控才能的一项参数,但这一参数有一个适度规模,并且又和详细的音箱有直接联系。一般说来,假如一台功放的本质很好,在30 W输出时仍能坚持其性能参数在必定的水准。那么就没有必要去要求功放有更大的功率输出。可是假如功放的本质不很抱负,当输出功率添加时会引起其性能参数的劣化,那么就应当使功放的输出功率有必定的余量,以确保在有用的输出功率下仍有必定的杰出参数。一般状况下,当功放为甲类输出或是电子管功放,则不需求有过多的输出功率余量,20W-30W的输出功率现已够用了。但假如是乙类功放或是本质较差的功放,这时应使功放的输出功率有较大的余量。别的,假如配接的音箱是大型倒相式,也应使功放有较大的输出功率余量。在从功放本身的本质考虑功放应有的输出功率时,将功率余量选得大些的确能改进功放与音箱的适配状况。

  挑选输出功率较大的功放首要的含义,不是因为需求那样大的声压,而是要改进功放对音箱的适配状况。假如一台输出功率适度的功放现已可以把音箱操控的称心如意,那么就没有必要对这台功放提出更高的输出功率要求。运用环境,也便是房间的空间体积与功放应输出的功率也有必定的联系,以上所谈及的输出功率巨细,是以房间的空间体积在40以下而言,假如房间的空间体积较大,那么功放的输出功率则应加大一些。

  电子管功放输出级的特征:

  电子管功放的功率输出级有三种电路类型,一类是有输出变压器的推挽输出电路。这类输出电路类型在电子管功放中占了绝大多数。在推挽电路中的输出变压器中直流成分很少,二次谐波失真也很小,这类电路的输出功率可以做得比较大,所以适用规模也比较大。一般说对胆机音色有爱好的音响爱好者来说,这类输出级的胆机很适宜。不过这类功放的,输出变压器的规划与工艺至关重要,假如输出变压器的规划与工艺上有不足之处,往往这类功放的频率呼应,瞬态呼应就不太抱负。别的因为输出变压器的限制,所以配接音箱的习惯规模较小。

  另一类功率输出级的电路类型是单端甲类电路。这类电路也有变压器,但这类电路的输出变压器中有很大的直流成分,对输出变压器的要求比推挽输出电路中输出变压的要求要高。别的对供电电源的要求也比较高。这类输出电路的特征是二次谐波成分比较多,虽然这是一种谐波失真,但对音乐信号来说,二次谐波是高度的谐合音,所以听起来很中听。这一特征使得这种输出电路的功放在声响的音色上很有特征,尤其是当功放级选用三极管时,人声听起来很香甜,室内乐中的弦乐听起来也很细腻,或者说,这类功放的声响很有滋味。可是这类功放的输出功率不简略做得大,所以假如配用的音箱灵敏度较低,在放送大型管弦乐曲时就比较勉强了。这类电子管功放都很受一些音响玩家的欢迎,往往在备有一台大功率晶体管功放之外,又备有一台此类功放,想来是在音色上互有所补,不过,这也阐明此类功放的音色特征确有动听之处。

  还有一类电子管功放的输出级电路是OTL电路,所谓OTL电路便是无输出变压器电路。现代的晶体管功放输出级简直满是OTL电路或是OTL电路的改进型。电子管和晶体管的特性参数与作业状况不同,晶体管功放很简略合适配阻抗为4- 8的音箱,而电子管功放要想不需求输出变压器去适配4-8的音箱就要费些曲折了。电子管OTL功放因为去掉了输出变压器,所以在技术参数上比前面说到的那两类电路有很大的进步,这类输出电路的功放声响极有特征,和前面两类输出电路比较,它有雄伟的气势和宽广的声场,和晶体管功放比较它的音色又温暖、细腻。这类功放因为没有输出变压器,所以可以习惯较宽规模的音箱阻抗。可是这类输出级的功放电源功率低,规划、工艺、调试都比较复杂,这类输出电路的功放仅见于一些高级机种中,很难见到低价位的普及型机种。

  电流特征:

  对功放电路的了解或点评,首要从输出功率、功率和失真这三方面考虑。

  1、为得到需求的输出功率,电路须选集电极功耗满意大的三极管,功放管的作业电流和集电极电压也较高。电路规划运用中首要要考虑怎样充分地发挥三极管功用而又不损坏三极管。因为电路中功放管作业状况常挨近极限值,所以功放电流调整和运用时要当心,不宜超限运用。

  2、从能耗方面考虑,功放输出的功率最终是由电源供给的,例如收音机中功放耗电要占整机的2/3,因而要非常留意进步电路功率,即输出功率与耗电功率的比值。

  3、功放电路的输入信号现已几级扩大,有满意强度,这会使功放管作业点大幅度移动,所以要求功放电路有较大的动态规模。功放管的作业点挑选不妥,输出会有严峻失真。

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