【文章內(nèi)容簡介】 ，也就改變了甲類放大時效率低的狀況，理論上 B 類放大器的效率可達 78． 5％。 圖 22 B類放大器的典型工作狀態(tài) 工作在乙類的放大電路，雖然效率提高了，但是存在嚴重的波形失真，使得輸入信號的半個波形被削掉了。我們通過乙類的工作狀態(tài)圖可以很明顯看到，輸出波形只 有半個周期，如果用兩個晶體管輸出 (如圖 23 所示 )，讓它們都工作在乙類狀念，但一個在正半周工作，另一個在負半周工作，同時使這兩個輸出波形都能加到負載上，這樣在負載上就有一個完整的波形，也就解決了效率與失真的矛盾。但足這種結(jié)構(gòu)沒有直流偏置，管子的 Bi必須在 BEV 大于一個數(shù)值 (即門坎電壓， NPN 硅管約為 ， PNP 鍺管約為 ）時有顯著的彼岸花。當 輸入信號 Vi 低于這個數(shù)值時， T1 和 T2 都截止， ic1 和 ic2 基本為零，負載 RL 上無電流通過，出現(xiàn)一段死區(qū)，如圖 所示，這種現(xiàn)象成為交越失真。 AB 類（甲乙類）放大器 AB 類 (甲乙類 )放大器，實際上是 A 類 (甲類 )和 B 類 (乙類 )的結(jié)合，每個器件的導通時間在 50 一 l00％之 間 ，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按 B 類 (乙類 )設計，然后增加偏置電流，使放大器進入 AB 類 (甲乙類 )，這能很好的克服交越失真。 AB 類放大器的典型工作狀態(tài)如圖 23 所示。輸出功率管導通時間在 50％一 l00％之間 ，當輸出電平低于某一電平時，兩個輸出器件皆導通，其狀態(tài)工作于 A 類 (甲類 )：當電平增高時，兩個器件將完全截止，而另一個器件將供給更多的電流。這樣在 AB 類 (甲乙類 )狀態(tài) 開 始時，失真將會突然上升，其線性劣于 A 類 (甲類 )或 B 類 (乙類 )。由于兩輸出. .. 功率管均少量正向?qū)ㄆ霉势湫实陀?B 類，不過它的正當使用在于它對 A 類的補充，且當面向低負載阻抗時可繼續(xù)較好地工作。 圖 23 AB 類放大器的典型工作狀態(tài) C 類 (丙類 )放大器 C 類 (丙類 )放大器，是指器件導通時 間 小于 50％的工作類別。 C 類功率放大器可提供高效 率，其功率轉(zhuǎn)換效率大于 78． 5％，但是失真較高，很難用于音頻功放。這類放大器主要用于射頻電路中，給放大器加 上 RCL 調(diào)諧 回路作為負載，可用于無線電臺和電視發(fā)射系統(tǒng)。 C 類放大的典型工作狀態(tài)如圖 24 所示 。 圖 24 C 類放大器的典型工作狀態(tài) D 類 (丁類 )放大器 D 類放大器又稱為數(shù)字放大器，采用 PWM 方式，工作于 開 關(guān)狀態(tài)，無信號時無電流，. .. 而導通時，沒有直流損耗。 D 類功率放大的最大優(yōu)勢在于其電源功率轉(zhuǎn)換效率理論上可以達到 100％，是實用放大器中效率最高的。與 AB 類放大器相比， D 類放大器需要更小的電 源電流，因此具有更長的電源使用時 間 或者更低的電源使用成本。另外， D 類放大器更低的發(fā)熱量，使得更小的封裝成為可能，同時去掉了 AB 類放大器中所使用的降溫設備。基于這兩個優(yōu)點對于便攜式電子 來 說， D 類功率放大器顯然更具有吸引力。 D 類放大器需要衡數(shù)轉(zhuǎn)換電路將音頻正弦信號先變?yōu)槊}沖方波，從而進行放大，再接一 個低通濾波器濾去脈沖波的高頻部分，得到基波成分，也就 是 一個數(shù) 模 轉(zhuǎn)換電路。但是，實際困難還是非常大的。從失真的角度來看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個陡峭截止頻率的低通濾波器，插入放大器與揚聲器之 間 ，以消除絕大部 分的射頻成分，這至少需要 4 個電感 (考慮立體聲 )，成本自然不低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對某一特定負載 阻 抗保證平坦的頻率響應。 T 類放大器 T 類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制 D 類功率放大器相同，功率晶體管也是工作在開關(guān)狀態(tài)，效率和 D 類功率放大器相當。但它和普通 D 類功率放大器不同的是： 它不是使用脈沖調(diào)寬的方法， Tripath 公司發(fā)明了一種稱作數(shù)碼功率放大器處理器“Digital Power Processing （ DPP） ”的數(shù)字功率技術(shù)，它是 T 類功率放大器的核心。它把通信技術(shù)中處理小 信號的適應算法及預測算法用到這里。輸入的音頻信號和進入 揚聲器 的電流經(jīng)過 DPP 數(shù)字處理后，用于控制功率晶體管的導通關(guān)閉。從而使 音質(zhì) 達到高保真線性放大。 它的功率晶體管的切換頻率不是固定的，無用分量的 功率譜 并不是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上。使聲音的細節(jié)在整個頻帶上都清晰可 “聞 ”。 此外， T 類功率放大器的 動態(tài)范圍 更寬，頻率響應平坦。 DDP 的出現(xiàn)，把數(shù)字時代的功率放大器推到一個新的高度。在高保真方面，線性度與傳統(tǒng) AB 類功放相比 有過之而無不及 。 名詞解釋 音響系統(tǒng)整體技術(shù)指標性能的優(yōu)劣，取決于每一個單元自身性能的好壞，如果系統(tǒng)中的每一個單元的技術(shù)指標都較高，那么系統(tǒng)整體的技術(shù)指標則很好。 頻率響應 頻率響應反映功率放大器對音頻信號各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響范圍應不底于人耳的聽覺頻率范圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率范圍為 2020kHz。國際規(guī)定一般音頻功放的頻率范圍是 4016 kHz177。 。 . .. 信噪比 信噪比是指聲音信號大小與噪聲信號大小的比例關(guān)系，將攻放電路輸出聲音信號電平與輸出的各種噪聲電平之比的分貝數(shù)稱為信噪比的大小 。 動態(tài)范圍 放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動態(tài)范圍。實際運用時，該比值使用 dB 來表示兩信號的電平差，高保真放大器的動態(tài)范圍應大于 90 dB。 自然界的各種噪聲形成周圍的背景噪聲，而周圍的背景噪聲和演奏出現(xiàn)的聲音強度相差很大，在通常情況下，將這個強度差稱為動態(tài)范圍，優(yōu)良音響系統(tǒng)在輸入強信號時不應產(chǎn)生過載失真，而在輸 入弱信號時，有不應被自身產(chǎn)生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統(tǒng)應當具有較大的動態(tài)范圍，噪聲只能盡量減少，但不可能不產(chǎn)生噪聲。 失真 失真是重放音頻信號的波形發(fā)生變化的現(xiàn)象。波形失真的原因和種類有很多，主要有諧波失真、互調(diào)失真、瞬態(tài)失真等。 a．諧波失真：所謂諧波失真是指音響系統(tǒng)重放后的聲音比原有信號源多出許多額外的諧波成分。此額外的諧波成分信號是信號源頻率的倍頻或分頻，它是由負反饋網(wǎng)絡或放大器的非線性特性引起的。高保真音響系統(tǒng)的諧波失真應小于 1%。 b．互調(diào)失真：互調(diào)失真也是一種非線性失真，它是兩個以上的頻率分量按一定比例混合，各個頻率信號之間互相調(diào)制，通過放音設備后產(chǎn)生新增加的非線性信號，該信號包括各個信號之間的和及差的信號。 c．瞬態(tài)失真：瞬態(tài)失真又稱瞬態(tài)響應，它的產(chǎn)生主要是當較大的瞬態(tài)信號突然加到放大器時由于放大器的反映較慢，從而使信號產(chǎn)生失真。一般以輸入方波信號通過放音設備后，觀察放大器輸出信號的包絡波形是否輸入的方波波形相似來表達放大器 對瞬態(tài)信號的跟隨能力。 輸出功率 輸出功率是指功放電路輸送給負載的功率。目前人們對輸出功率的測量方法和評價方法很不統(tǒng)一，使用時 需要 注意。 額定功率（ RMS） 它指在一定的諧波范圍內(nèi)功放長期工作所能輸出的最大功率（嚴格說是正弦波信號）。經(jīng)常把諧波失真度為 1%時的平均功率稱為額定輸出功率或最大有用功率、持續(xù)功率、不失真功率等。很顯然規(guī)定的失真度前提不同時，額定功率數(shù)值將不相同。 最大輸出功率 當不考慮失真大小時，功放電路的輸出功率可遠高于額定功率，還可輸出更大數(shù)值的功率，它能輸出的最大功率 稱為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率 峰值輸出功率 . .. 功放所能輸出的最大音樂功率稱為峰值輸出功率，它不考慮失真，通常為（ RMS）功率的 倍左右。 峰值 峰值功率 它是指正電壓峰值到負電壓的峰值的功率，它是峰值輸出功率的四倍。它的出現(xiàn)是廠家出于商業(yè)目的，并無實際意義。 . .. 第 3 章 音頻功率放大器的設計 現(xiàn)在的音頻功率放大器基本上均采用集成功率放大器 (除發(fā)燒級外 )。其原因是，采用集成功率放大器可以得到穩(wěn)定的靜態(tài)工 作點，這個靜念工作點不隨電源電壓的變化而變化，而采用分立元器件構(gòu)成的音頻功率放大器，將可能經(jīng)常受溫度和電源電壓變化的困擾，使靜態(tài)工作點漂移；除此之外，集成功率放大器還具有芯片級的過電流保護和過熱保護，這是分立器件構(gòu)成的音頻功率放大器所無法比擬的：集成功率放大器的第三個優(yōu)勢就是成本低廉，以 TDA2030A 為例，其大批量購買的價格僅為一元多人名幣，這是音頻功率放大器所用的兩個功率晶體管所無法達到的價格；最后就是電路簡單，按照評估電路版圖設計就不會出現(xiàn)自激振蕩現(xiàn)象，而分立元器件構(gòu)成的音頻功率放大器的電路較復雜，不 易調(diào)試。本次設計就是使用以 TDA2030A 為核心的電路設計。 TDA2030A 芯片介紹 TDA2030A 實物 TDA2030 是德律風根生產(chǎn)的音頻功放電路，采用 V型 5 腳單列直插式塑料封裝結(jié)構(gòu)。按引腳的形狀引可分為 H 型和 V型。該集成電路廣泛應用于汽車立體聲收錄音機、中功率音響設備，具有體積小、輸出功率大、失真小等特點。并具有內(nèi)部保護電路。意大利SGS 公司、美國 RCA 公司、日本日立公司、 NEC 公司等均有同類產(chǎn)品生產(chǎn)，雖然其內(nèi)部電路略有差異，但引出腳位置及功能均相同，可以互換。實物如圖 31： 圖 31 TDA2030A實物圖 TDA2030A 的管腳功能及圖 （ 1）腳是正相輸入端 （ 2）腳是反向輸入端 （ 3）腳是負電源輸入端 . .. （ 4）腳是功率輸出端 （ 5）腳是正電源輸入端 圖 32 TDA2030 管腳圖 TDA2030A 的工作 TDA2030A 能在最低177。 6V最高177。 22V的電壓下工作， TDA2030A 在電源電壓177。 14V，負載電阻為 4Ω時輸出 14 瓦功率（失真度≤ 0． 5％）；在電源電壓177。 16V，負載電阻為 4Ω時輸出 18 瓦功率（失真度≤ 0． 5％）。該電路由于價廉質(zhì)優(yōu)，使用 方便，并正在越來越廣泛地應用于各種款式收錄機和高保真立體聲設備中。 輸出功率： 10 ~ 20W（額定功率）； 頻率響應： 20Hz ~ 100kHz（≤ 3dB） 諧波失真：≤ 1％ (10W,30Hz~20kHz）； 輸出阻抗：≤ 。 輸入靈敏度： 600mV（ 1000Hz，額定輸出時） TDA 2030A 性能主要指標 TDA 2030A 是一塊性能十分優(yōu)良的功率放大集成電路，其主要特點是上升速率高、瞬態(tài)互調(diào)失真小，在目前流行的數(shù)十種功率放大集成電路中，規(guī)定瞬態(tài)互調(diào)失真指標的僅有包括 TDA 2030 在內(nèi)的幾種。我們知道，瞬態(tài)互調(diào)失真是決定放大器品質(zhì)的重要因素，該集成功放的一個重要優(yōu)點。 TDA2030A 集成電路的另一特點是輸出功率大，而保護性能比較完善。根據(jù)掌握的資料，在各國生產(chǎn)的單片集成電路中，輸出功率最大的不過 20W，而 TDA 2030A 的輸出功率卻能達 18W，若使用兩塊電路組成 BTL 電路，輸出功率可增至 35W。另一 方面，大功率集成塊由于所用電源電壓高、輸出電流大，在使用中稍有不慎往往致使損壞。然而在TDA 2030A 集成電路中，設計了較為完善的保護電路，一旦輸出電流過大或管殼過熱，集成塊能自動地減流或截止，使自己得到保護（當然這保護是有條件的，我們決不能因為有保護功能而不適當?shù)剡M行使用）。 . .. TDA2030A 集成電路的第三個特點是外圍電路簡單，使用方便。在現(xiàn)有的各種功率集成電路中，它的管腳屬于最少的一類，總共才 5 端，外型如同塑封大功率管，這就給使用帶來不少方便。 TDA2030A 的 BTL 電路 TDA2030A 的 BTL 電路的特點是在相同的電源供電條件下可以得到較普通功放兩倍以上的功率。在177。 12V供電時輸出功率可達到 20W 以上，想獲得更大的輸出功率克提高輸入電壓，最大不超過177。 22V，其內(nèi)部電路包括輸入電路，中間級，輸出電路，電路圖如圖 33： 圖 33 TDA2030A的 BTL 電路圖 TDA2030A 的 OCL 電路 OCL 功放的形式是采用雙電源，無輸出耦合電容，如圖 34 所示，由于無輸出耦合電容低頻響應得到改善，屬于高保真電路。雙電源采用初級線圈中間點接地、上下電壓對稱相等的變壓器，經(jīng)過整流濾波后構(gòu)成177。 18 V的雙電源，輸出功率為 20 W。 圖 34 TDA2030A的 OCL 電路圖 . .. TDA2030A 的 OTL 電路 單電源供電音頻放大電路是 典型應用電路，由一塊 TDA 2030 和較少元件組成單聲道音頻放大電路、裝置調(diào)整方便、性能指標好等突出的優(yōu)點。特別是集成塊內(nèi)部設計有完整的保護電路，能自我保護。電路圖如圖 35。 圖 35 TDA2030A的 OTL 電路圖 小結(jié) TDA2030A 使用方便，外圍元件少，一般不需要