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HIFI功放入门知识

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  功放,即功率放大器的简称。它的基本作用就是用来放大来自前置放大器1V左右的信号,使其产生足够的不失真输出功率,以驱动音箱正常工作。功率放大器一般由输入级、前置推动级、推动级、输出级及负反馈电路、保护电路等六大部分组成。
  对于功率放大器的基本要求是:具有足够的输出功率和良好的动态特性,并要求其各种失真尽可能的小,信噪比S/N尽可能的高,并具有平坦的频率响应特性等等。

  功率放大器根据其主要电子元器件的不同,可以分为电子管功率放大器和晶体管功率放大器两大类,也就是人们俗称的"胆机"和"石机"。功率放大器电路因偏置情况的不同,又可分为甲类功率放大器、乙类功率放大器、甲乙类功率放大器等几种不同的类型。
  1.电子管功放的特点
  晶体管功放在当今市场已占有主导地位,但在Hi-Fi高保真放音系统中,电子管功放仍有一席之地。这是因为:电子管功放的信号过载承受能力明显要优于晶体管功放,因而其所需功率储备量要比晶体管功放少一倍以上。与同功率的晶体管功放相比,电子管功放的低频声较柔和,高频声较纤细,而晶体管功放却明显存在着"晶体管声"或"金属声",即声音有些生硬、毛刺。
  此外,电子管功放的负反馈深度不大,故一般不存在瞬态互调失真,而晶体管功放的增益量常常很大,其电声指标是靠加大负反馈深度来达到的,使得晶体管功放容易产生瞬态互调失真。此外,电子管功放的保护电路简单,电子管热稳定性好,一般不易损坏,而大功率晶体管的损坏率相对较高。电子管功放的弱点就是耗电大、防振和防机械冲击性能较差。
  2.晶体管功放的特点
  对于甲类、乙类、甲乙类三种不同种类的晶体管功放而言,甲类功放具有固定的晶体管偏置,因而在正弦输入信号的整个周期内,都有集电极电流流通,即使在没有输入信号时,依然存在一定数值的集电极静态电流。而乙类功放则将晶体管的固定偏置几乎调到使集电极电流在没有输入信号时刚好处于截止状态,只有在外加输入信号的每个交变周期的正向半周内,才有集电极电流流通。
  而甲乙类功放则是工作于甲类和乙类放大状态之间,使外加信号在大于半周而小于全周期的这段时间内有集电极电流流通。假如只用一只晶体管来作为功放的输出级,为避免放大后的信号引起失真,唯有把放大器设计成甲类工作状态,大多数电子管功放和一些发烧级晶体管功放,都是如此。而对于乙类和甲乙类功放,为了最终取得不失真输出信号,必须采用由两只晶体管组成的推挽放大电路。
  甲类功放的主要优点就是电路简单易行,非线性失真小,适用于小功率的线性音频放大器,现在甲类功放主要用在高档功放产品中。
  而乙类功放与甲类功放最主要的不同点就是静态电流小,因此无信号时消耗功率小,可获得较高的效率;但是,乙类功放在工作时,由于两只晶体管交替导通与截止,因而,在两管输出信号波形的衔接处,会产生交越失真;而且功放管在从反偏到零偏再转为正偏转换时,随着信号频率升高,输出信号就会在时间上延迟,出现所谓的开关转换失真。
  因此,在实际Hi-Fi高保真放音系统中,一般不采用乙类功放,而采用线性失真小的甲类功放或甲乙类功放。甲乙类功放是通过改变偏置的方法来减少交越失真,它将甲类功放的高保真度与乙类功放折衷,从而在一定程度上解决了上述效率高与失真大之间的矛盾。
  甲乙类功放的主要电路形式是采用互补或准互补输出形式的单端推挽电路,常见的主要有OTL无输出变压器电路、OCL无输出电容器电路及BTL平衡无变压器电路等等。下面主要介绍OCL无输出电容器电路。
  OCL无输出电容器电路是一种无输出耦合电容的晶体管功率放大电路,它是在OTL电路的基础上发展而成的,主要区别是OCL无输出电容器,采用一组对称的电源,并省掉了一个输出电容器,其主要优点是下限频率低,整个频率特性曲线平坦,失真小。
  3.功放的基本保护电路
  a.喇叭保护电路
  针对OCL功放与喇叭直接耦合的特点,一般都要加装喇叭保护电路。该电路是为了防止功放出现故障时,输出端出现较高的直流电压,导致直流电流流入喇叭,轻则使喇叭音圈移位,重则烧毁喇叭。这种保护电路的检测点是OCL的输出端,亦即中点,当中点对地直流电位超过某一规定数值(比如正或负1V)时,保护电路即动作,切断通往喇叭的电路,起到保护喇叭的作用。
  喇叭保护电路一般不和功放共用直流电源,以便在功放电路出现故障时,保护电路还能正常工作。喇叭保护电路一般还兼有延迟功能,当功放开机后,延迟数秒钟后喇叭才接通,这就保护了喇叭不被开机瞬间较大的浪涌电流冲击而损坏,同时也避免了开机瞬间喇叭中出现的"嘭嘭"声。
  b.过载保护电路
  在晶体管功放中,大功率输出管工作在高电压、大电流、重负荷的状态下,很容易损坏。当输入信号在瞬间振幅特别大或功放输出端在有馈入信号的情况下短路时,均会使大功率管过流,有时还会出现较高的反向电压,使大功率管过压损坏。针对此原因设置过压和过流保护电路。保护电路一般均采用电子保护,不需要任何机械触点和继电器,动作很快,能有效保护大功率管,并具有自动恢复正常的功能。
  甲类
  又称为a类,在信号的整个周期内(正弦波的正负两个半周),放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止(即停止输出)的一类放大器。甲类放大器工作时会产生高热,效率很低,但固有的优点是不存在交越失真。单端放大器都是甲类工作方式,推挽放大器可以是甲类,也可以是乙类或甲乙类。
  乙类
  又称为b类,正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器,每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的优点是效率高,缺点是会产生交越失真。
  甲乙类
  又称ab类,界于甲类和乙类之间,推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题,效率又比甲类放大器高,因此获得了极为广泛的应用。