作为硬件工程师,尤其是做纯模拟电路并应用于音频功放的人,应该对A类、B类、AB类、D类、G类、H类、T类功放特别熟悉。大部分工程师可能只知道一部分,或者知道一个大概。为了让更多的工程师掌握更详细的音频功放知识,下面对上面提到的音频功放进行详细的讲解。
功放,顾名思义,就是功率放大的缩写。与电压或电流放大相比,功率放大器要求有一定的不失真功率,一般工作在大信号状态。所以功率放大电路一般都含有电压放大或电流放大电路所没有的特殊问题,具体如下:输出功率尽可能大;(2)通常工作在大信号状态;非线性失真突出;提高效率是重要的关注点;电力设备的安全性。对于音频功放电路,我们也需要注意上述问题。
根据放大电路传导方式的不同,音频功率放大电路分为模拟型和数字型。模拟音频功率放大器通常包括A类、B类、AB类、G类和H类TD功率放大器,数字电路功率放大器分为D类和T类.以下是对上述功放电路的详细介绍和分析。
01
甲类功率放大器(也称为甲类功率放大器)
A类功放,如上图所示,是在信号的整个周期内,电流不会被切断(即输出会停止)的放大器。而甲类放大器工作时会产生很高的热量,效率很低。甲类功放虽然有上述缺点,但它的先天优势是没有交叉失真,其内部原理也有一些先天优势。这是重放音乐的理想选择。可以提供非常流畅的音质,圆润温暖的音色,通透的高频,饱满通透的中频。单端放大器都工作在A类模式,推挽放大器可以是A类,B类或者B类.
02
乙类功率放大器(又称乙类功率放大器)
乙类功率放大器是指一个正弦信号的正负两个半周期由推挽输出级的两个晶体管依次放大输出,每个晶体管的导通时间为信号的半个周期的一种放大器,通常会产生我们所说的交越失真。通过调整模拟电路,可以尽可能地减少甚至消除失真。乙类放大器的效率明显高于甲类放大器。
03
AB类功率放大器(也称为A类和B类)
AB类功放介于A类和B类之间,推挽放大的每个晶体管的导通时间大于信号的半个周期但小于一个周期。因此,AB类放大器有效地解决了B类放大器的交叉失真问题,其效率高于A类放大器,因此得到了广泛的应用。
04
d类功率放大器(也称为d类功率放大器)
D类功率放大器又称数字放大器,利用极高频率的开关电路放大音频信号。具体工作原理如下:D类功放采用异步调制,音频信号周期变化时高频载波信号不变。所以在音频频率比较低的时候,PWM载波的数量还是比较多的,非常有利于抑制高频载波,减少失真。载波的变频频段是基于音频信号的频率,所以和基波没有相互干扰。很多功率高达1000W的D类功放,也就VHS录像带那么大。这种放大器不适合宽带放大器,但在有源低音炮中有很多应用。
05
g类功率放大器
G类功放是多功率AB类功放的改进形式。G类功放充分利用了所有音频都具有极高峰值因子(10-20dB)的优势。大多数时候,音频信号处于低振幅,很少出现较高的峰值。下图是G类功率放大器集成IC的典型功能框图。
G类放大器使用自适应电源轨和内置降压转换器来产生耳机放大器的正电源电压。电荷泵将放大器的正电源电压反相,并产生放大器的负电源电压。这使得耳机放大器输出集中在0V。当音频信号的幅度较低时,降压转换器产生低放大器负电源电压。这样G类功放在播放低噪高清音频的同时功耗降到最低。与传统的AB类耳机放大器相比,G类放大器具有更高的效率。这种功放的放大原理和AB类功放一样。一个重要特点是电源部分采用两组或多组电压,小功率运行采用低电压,大功率自动切换到高电压。
06
h类功率放大器
这类功放的放大电路与AB类功放原理相同,但电源部分采用多级输出电压可调的开关电源,自动检测输出功率,选择电源电压。
07
k类功率放大器
K类功放是集成内部自举升压电路和各种功放电路。众所周知,D类功放只是众多功放电路中效率高的一种数字功放,而K类功放只是根据需要集成了内部自举升压电路和所需的功放电路。要求高的话加D类功放,音质好的话加AB类功放。
08
t类功率放大器
这类功放的原理和D类功放一样,只是信号部分采用了DDP技术(核心是小信号的自适应算法和预测算法)。工作原理是:音频信号进入扬声器的电流全部经过DDP处理,然后控制大功率高频晶体管的导通或关断,实现音频信号的高保真线性放大。这种功放具有效率高、失真小、音质堪比AB类功放的优点。
上图是TA2020的内部模块结构。从上图可以看出,处理和调制模块主要集中在芯片中,从而实现了高品质音频的特性。
09
TD类功率放大器
这种音频功率放大器的放大部分与AB类功率放大器原理相同,但电源部分采用完全独立的高精度可调数字电源,无级输出,电压递进值为0.1V,自动检测功率,调节电压增减。这种功率放大器需要一个高精度、可调的数字电源,所以需要对电源进行特殊的设计,不能集中在一个芯片上。所以这类功放主要用于高级音响,电路比较复杂。对于后者6、7、9类功放需要专用电源,功能无法集中在一块IC上。对于经典的A类、B类、AB类和D类放大器,有专门的ic。在实际设计中,我们需要各种应用于不同领域的功放电路,只需要在此基础上增加相应的电源或处理模块即可。