功放的ABCD类

硬件笔记本 2023-08-05 11:30

点击上方名片关注了解更多



1、纯Class A(甲类)功率放大器


纯甲类功率放大器又称为A类功率放大器(Class A),它是一种完全的线性放大形式的放大器。在纯甲类功率放大器工作时,晶体管的正负通道不论有或没有信号都处于常开状态,这就意味着更多的功率消耗为热量。纯甲类功率放大器在汽车音响的应用中比较少见,像意大利的Sinfoni高品质系列才有这类功率放大器。这是因为纯甲类功率放大器的效率非常低,通常只有20-30%,音响发烧友们对它的声音表现津津乐道。

小信号放大器主要包括:共射极放大器、共基极放大器、共集极放大器,如果这种小信号放大器能够对信号进行完整放大,那就就可以称为ClassA放大器。



A类扩大是音色还原度最高的一种放大方式,同时效率也非常低。

在讯号输入周期都是导通的状态(包含正周波和负周波),因此即使是没有讯号输入时,功放也是持续在耗电,也因此A类有最好的线性度,而不会产生B类、AB类的交互失真(Crossover Distortion)问题。A类扩大能在放大输入讯号(蓝色)的同时,达到最小失真的输出讯号(绿色) 



虽然A类能提供最低失真的音色,但它的效率只在15%-30%之间,大部分的电能都化作温度散失了,所以机身温度都很烫,基于散热考虑机器也只能做的很大台又笨重,在高温高电流的环境下放大组件(晶体管or真空管)也时常需要更换。

由于A类放大的声音有非常低的失真度,即便缺点甚多,仍有许多音响发烧友愿意花大钱追求几乎没有失真的音色。

小信号放大器的输入信号幅度很小,而且输出的变化幅度也很有限,如图所示,Ic以及Vce在各自的静态工作点(ICQ、VCEQ)上、下有限的范围内变化,而ClassA放大器不同,如图所示,为了获得最大限度的功率输出,它的Ic以及Vce都都在各自的极限范围内进行变化,对于Ic来说,这个极限范围是0~Ic(sat);对于Vce来说,这个极限范围是0~Vce(cutoff)。



小信号放大器与ClassA放大器的AC负载线

ClassA放大器怎样才能获得最大输出信号

从上图的右图可以推断,如果Q点在 AC负载线的中间,则ClassA放大器可以获得最大的输出信号,在理想情况下,Ic可以从静态工作点ICQ变大到其饱和值Ic(sat)处,或变小到截止值0。如果输入信号的变化幅度超过一定范围,使得放大器进入饱和或者截止状态,则会出现下图所示的失真。



如果Q点偏离中央而趋向饱和区或者截止区,则会出现下图所示的饱和失真或截止失真——Q点偏饱和区时为饱和失真,Q点偏向截止区的为截止失真。



功率放大器与小信号放大器一样,在对信号放大的同时需保证输出与输入的一致性。所以,把Q点放到AC负载线中央对于ClassA放大器来说可以获得最大的输出信号且避免失真。

如图所示是其中一种ClassA放大器:



2、Class B(乙类)功率放大器


乙类功率放大器,也称为B类功率放大器(Class B),它也被称为线性放大器,但是它的工作原理与纯甲类功率放大器完全不同。B类功放在工作时,晶体管的正负通道通常是处于关闭的状态除非有信号输入,也就是说,在正相的信号过来时只有正相通道工作,而负相通道关闭,两个通道绝不会同时工作,因此在没有信号的部分,完全没有功率损失。但是在正负通道开启关闭的时候,常常会产生跨越失真,特别是在低电平的情况下,所以B类功率放大器不是真正意义上的高保真功率放大器。在实际的应用中,其实早期许多的汽车音响功放都是B类功放,因为它的效率比较高。



因为A类扩大实在是很没效率,B类扩大就采用不同的设计方式,分别有两个输出放大器来处理音频讯号的正波和负波,再由晶体整合输出,处理正波的在工作时,负责负波的就停止,反之亦然。因此B类放大能够有接近80%的转换效率。 


但B类放大有一个主要的问题是在两个输出放大器一开一关之间,会导致正负波交点的线性不连续,也就是前面提到的交越失真(Crossover Distortion),使声音较为粗糙。



纯B类功放较少,因为在讯号非常低时失真十分严重,所以交越失真令声音变得粗糙。B类功放的效率平均约为75%,产生的热量较A类机低,容许使用较小的散热器。乙类功放通常的工作方式分为OCL和BTL,BTL可以提供更大的功率,目前绝大部分的功率集成电路都可以用两块组成BTL电路。


  


B类放大器的晶体管只在半个周期或者说正弦波的180度内导通,看上图,这样的放大器看似没有什么用处,因为它导致了信号的失真。不过,如果你将两个晶体管结合起来使用,一个用来放大正半周,另一个用来放大负半周,然后再将两者组合起来,那个整个波形就都得到了放大。这样的放大器称作推挽式放大器。

像B类放大器这种设计的好处是电路的效率更高,不过此类放大器在正弦波过零点的附近会导致信号的交越失真,这是由于晶体管不可能精确地在零点位置上导通和关闭。为了去掉交越失真,人们设计了AB类放大器,它容许晶体管在输入正弦波信号高于180度导通,它容许小电流不间断地流动,其结果是失真基本消除但效率较低。



3、Class AB(甲乙类)功率放大器


甲乙类功率放大器也称为AB类功率放大器(Class AB),它是兼容A类与B类功放的优势的一种设计。当没有信号或信号非常小时,晶体管的正负通道都常开,这时功率有所损耗,但没有A类功放功率损耗严重。当信号是正相时,负相通道在信号变强前还是常开的,但信号转强则负通道关闭。当信号是负相时,正负通道的工作刚好相反。AB类功率放大器的缺陷在于会产生交越失真,但是相对于它的效率比以及保真度而言,都优于A类和B类功放,AB类功放也是目前汽车音响中应用最为广泛的设计。



和B类放大一样,AB类放大也有两个输出放大器分别处理正波和负波,不同的是输出放大器导通的时间大于B类的半个周期,在音量小时用A类的放大方式,音量大时使用B类的放大方式,因此能够有更佳的线性度,让交越失真(Crossover Distortion)的程度小于B类。


设计具有高效率和低失真的放大器的最佳方法就是AB类放大器,它是B类配置和A类配置的结合,从而产生了AB类放大器电路。因此该放大电路的输出级结合了A类和B类放大器的优点,也减少了失真和低效率的问题。

AB类放大器电路设计考虑了两个晶体管T1和T2。晶体管T1为NPN型,晶体管T2为PNP型。两个正向偏置二极管D1和D2串联连接,以控制VBE(发射极-基极电压)由于温度变化引起的变化,如下面电路图所示。电阻R1与D1串联,电阻R2与D2串联。


普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作,由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦,因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式,只在出现音乐瞬态强音时才转为B类。这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量,是一种颇为合乎逻辑的设计。有些AB类功放将偏流调得甚高,令其在更宽的功率范围内以A类工作,使声音接近纯A类机,但产生的热量亦相对增加。



4、ClassC(丙类)功放


其实ClassC是工作在失真状态的!丙类早期是用于射频功率放大的~因为调频类射频输出是可以使用的,通过调节频率来载波,所有信号即使是失真,但是并不影响其频率~但是近期有部分发烧友,因为它的高效率,也有在研究把它应用于音频的方向。但是最近比较流行的D类效率也很高,还有T类功放。




C类放大器用于射频信号,且通常是功率放大器。它们只容许晶体管在输入正弦波信号的不到180度内导通,通常在90度到150度的范围。它产生的失真极大,然而由于这种放大器的输出级是由电感器和电容器构成的LC调谐电路,它谐振在工作频率上,因而可以消除失真。这类放大器具有极高的效率。

在C类放大器中,MOS管起着开关的作用,由输入信号来开通和关断,如图所示,当MOS管导通时,电容会充电到直流电源的电压,与此同时,电流流过电感,在其周围建立一个磁场。当晶体管关断时,电感和电容开始交换能量,并在这个LC电路中建立起一个频率为谐振频率的振荡。这就是所谓的储能电路,于是储存在储能电路中的能量产生出一个放大的正弦波输出。

换一种方式来看,晶体管开关使输入失真,产生的脉冲波形富含谐波,但储能电路起到了带通滤波器的作用,它只让基波通过,而谐波被滤掉了。



5、ClassD(D类)功率放大器


D类放大器与上述A,B或AB类放大器不同,其工作原理基于开关晶体管,可在极短的时间内完全导通或完全截止。两个晶体管不会在同一时刻导通,因此产生的热量很少。这种类型的放大器效率极高(90%左右),在理想情况下可达100%,而相比之下AB类放大器仅能达到78.5%。不过另一方面,开关工作模式也增加了输出信号的失真。D类放大器的电路共分为三级:输入开关级、功率放大级以及输出滤波级。D类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制(PWM)模式。利用PWM能将音频输入信号转换为高频开关信号,通过一个比较器将音频信号与高频三角波进行比较,当反相端电压高于同相端电压时,输出为低电平;当反相端电压低于同相端电压时,输出为高电平。

D类功放的运作原理比较特别一些,使用从模拟波形讯号和开关式电源快速导通和关闭的高频三角波形进行电压的比较,透过两个波形的交点,可以取得用宽窄表示的脉波讯号Pulse Width Modulation(PWM),这属于一种数字采样。这个高振幅的输出通过低通滤波器(LowPass Filter)进行把三角波的高频滤掉,变回能推动喇叭单体的模拟讯号。



采样三角波(红色)和讯源波形(蓝色)的交点,转换成宽窄不一的矩形脉冲波信号。

D类的优点在于有非常高的效率(约90%),高效率也意味着不会有过多的散热需求,机身也能做的更轻巧。虽然早期的D类声音表现较差,但技术的进步也让他的音色越来越优异。D类功放常用于耳机扩大器、地板型音箱头等便携型的产品。

  


D类放大器是一种特殊的放大器,准确的来说它不是一种真正的线性放大器,它是由晶体管开关组成的。如上图所示,这种放大器对输入的模拟信号进行斩波,得到不同宽度的高频脉冲,这个过程叫做PWM脉宽调制。

要放大的正弦波音频信号同一个高频三角波一起,被送到比较器的输入端,当三角波和正弦波值相等时,比较器的输出就会发生切换,由此产生的PWM信号再被反馈到MOS管开关,以使信号更大。然后,这个高振幅的输出通过一个电容和电感构成的低通滤波器进行滤波,变回模拟信号。

大多数D类放大器是音频放大器,它们的负载是喇叭。在功率低于几瓦的时候,所有电路都是做成集成电路的,而对于大功率的时候,MOS管较大,需要做成插件的形式。

此类放大器的最大优点在于,同样的输出功率下,它们更为高效。AB类的效率可能只有百分之二十到三十,而D类放大器可以超过百分之九十。这意味着此类放大器体积较小,耗电更少,发热较少。并且非常适合于便携式设备,如手机和MP3等。

D 类放大器是A、B、AB、C 和 D 段中功率效率最高的放大器类别。它具有较小的散热量,因此需要较小的散热器。该电路需要各种开关元件,例如具有低导通电阻的 MOSFET。

它是数字音频播放器或控制电机中广泛使用的拓扑。但我们应该记住,它不是数字转换器。尽管对于更高的频率,D 类放大器并不是一个完美的选择,因为它在少数情况下具有带宽限制,具体取决于低通滤波器和转换器模块的功能。


T类功放

通过微机和I2C总线的控制,它实现对音量、音色、灵敏度、高音、低音、平衡音的自动调节,实现了智能化的“数字功率放大器”。

1、Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“Digital Power Processing (DPP)”的数字功率技术,它是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后,用于控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。



T类功放电路板

2、T类功率放大器的动态范围更宽,频率响应平坦。DDP的出现,把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面,线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。

3、它的功率晶体管的切换频率不是固定的,无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内,而是散布在很宽的频带上。

E类、F类、G类、H类

除了传统功放,还有几类,分别是E类、F类、G类、H类。

E类放大器是一种采用开关拓扑结构、工作在射频的高效功率放大器。单极开关元件和调谐电抗网络是与 E 类放大器一起使用的主要组件。

F类是谐波方面的高阻抗放大器。它可以使用方波或正弦波驱动。对于正弦波输入,该放大器可以使用电感器进行调谐,并可用于增加增益。

G 类使用轨开关来降低功耗并提高效率性能。而H类是G类的进一步改进版。

声明:


声明:本号对所有原创、转载文章的陈述与观点均保持中立,推送文章仅供读者学习和交流。文章、图片等版权归原作者享有,如有侵权,联系删除。

推荐阅读

  • 电路设计-电路分析

  • EMC相关文章

  • 电子元器件


后台回复“加群,管理员拉你加入同行技术交流群。

硬件笔记本 一点一滴,厚积薄发。
评论
  • 现在为止,我们已经完成了Purple Pi OH主板的串口调试和部分配件的连接,接下来,让我们趁热打铁,完成剩余配件的连接!注:配件连接前请断开主板所有供电,避免敏感电路损坏!1.1 耳机接口主板有一路OTMP 标准四节耳机座J6,具备进行音频输出及录音功能,接入耳机后声音将优先从耳机输出,如下图所示:1.21.2 相机接口MIPI CSI 接口如上图所示,支持OV5648 和OV8858 摄像头模组。接入摄像头模组后,使用系统相机软件打开相机拍照和录像,如下图所示:1.3 以太网接口主板有一路
    Industio_触觉智能 2025-01-20 11:04 150浏览
  • 日前,商务部等部门办公厅印发《手机、平板、智能手表(手环)购新补贴实施方案》明确,个人消费者购买手机、平板、智能手表(手环)3类数码产品(单件销售价格不超过6000元),可享受购新补贴。每人每类可补贴1件,每件补贴比例为减去生产、流通环节及移动运营商所有优惠后最终销售价格的15%,每件最高不超过500元。目前,京东已经做好了承接手机、平板等数码产品国补优惠的落地准备工作,未来随着各省市关于手机、平板等品类的国补开启,京东将第一时间率先上线,满足消费者的换新升级需求。为保障国补的真实有效发放,基于
    华尔街科技眼 2025-01-17 10:44 221浏览
  • 本文介绍瑞芯微开发板/主板Android配置APK默认开启性能模式方法,开启性能模式后,APK的CPU使用优先级会有所提高。触觉智能RK3562开发板演示,搭载4核A53处理器,主频高达2.0GHz;内置独立1Tops算力NPU,可应用于物联网网关、平板电脑、智能家居、教育电子、工业显示与控制等行业。源码修改修改源码根目录下文件device/rockchip/rk3562/package_performance.xml并添加以下内容,注意"+"号为添加内容,"com.tencent.mm"为AP
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:09 164浏览
  •  万万没想到!科幻电影中的人形机器人,正在一步步走进我们人类的日常生活中来了。1月17日,乐聚将第100台全尺寸人形机器人交付北汽越野车,再次吹响了人形机器人疯狂进厂打工的号角。无独有尔,银河通用机器人作为一家成立不到两年时间的创业公司,在短短一年多时间内推出革命性的第一代产品Galbot G1,这是一款轮式、双臂、身体可折叠的人形机器人,得到了美团战投、经纬创投、IDG资本等众多投资方的认可。作为一家成立仅仅只有两年多时间的企业,智元机器人也把机器人从梦想带进了现实。2024年8月1
    刘旷 2025-01-21 11:15 399浏览
  • 2024年是很平淡的一年,能保住饭碗就是万幸了,公司业绩不好,跳槽又不敢跳,还有一个原因就是老板对我们这些员工还是很好的,碍于人情也不能在公司困难时去雪上加霜。在工作其间遇到的大问题没有,小问题还是有不少,这里就举一两个来说一下。第一个就是,先看下下面的这个封装,你能猜出它的引脚间距是多少吗?这种排线座比较常规的是0.6mm间距(即排线是0.3mm间距)的,而这个规格也是我们用得最多的,所以我们按惯性思维来看的话,就会认为这个座子就是0.6mm间距的,这样往往就不会去细看规格书了,所以这次的运气
    wuliangu 2025-01-21 00:15 186浏览
  •     IPC-2581是基于ODB++标准、结合PCB行业特点而指定的PCB加工文件规范。    IPC-2581旨在替代CAM350格式,成为PCB加工行业的新的工业规范。    有一些免费软件,可以查看(不可修改)IPC-2581数据文件。这些软件典型用途是工艺校核。    1. Vu2581        出品:Downstream     
    电子知识打边炉 2025-01-22 11:12 55浏览
  • 高速先生成员--黄刚这不马上就要过年了嘛,高速先生就不打算给大家上难度了,整一篇简单但很实用的文章给大伙瞧瞧好了。相信这个标题一出来,尤其对于PCB设计工程师来说,心就立马凉了半截。他们辛辛苦苦进行PCB的过孔设计,高速先生居然说设计多大的过孔他们不关心!另外估计这时候就跳出很多“挑刺”的粉丝了哈,因为翻看很多以往的文章,高速先生都表达了过孔孔径对高速性能的影响是很大的哦!咋滴,今天居然说孔径不关心了?别,别急哈,听高速先生在这篇文章中娓娓道来。首先还是要对各位设计工程师的设计表示肯定,毕竟像我
    一博科技 2025-01-21 16:17 101浏览
  • Ubuntu20.04默认情况下为root账号自动登录,本文介绍如何取消root账号自动登录,改为通过输入账号密码登录,使用触觉智能EVB3568鸿蒙开发板演示,搭载瑞芯微RK3568,四核A55处理器,主频2.0Ghz,1T算力NPU;支持OpenHarmony5.0及Linux、Android等操作系统,接口丰富,开发评估快人一步!添加新账号1、使用adduser命令来添加新用户,用户名以industio为例,系统会提示设置密码以及其他信息,您可以根据需要填写或跳过,命令如下:root@id
    Industio_触觉智能 2025-01-17 14:14 122浏览
  • 嘿,咱来聊聊RISC-V MCU技术哈。 这RISC-V MCU技术呢,简单来说就是基于一个叫RISC-V的指令集架构做出的微控制器技术。RISC-V这个啊,2010年的时候,是加州大学伯克利分校的研究团队弄出来的,目的就是想搞个新的、开放的指令集架构,能跟上现代计算的需要。到了2015年,专门成立了个RISC-V基金会,让这个架构更标准,也更好地推广开了。这几年啊,这个RISC-V的生态系统发展得可快了,好多公司和机构都加入了RISC-V International,还推出了不少RISC-V
    丙丁先生 2025-01-21 12:10 112浏览
  • 临近春节,各方社交及应酬也变得多起来了,甚至一月份就排满了各式约见。有的是关系好的专业朋友的周末“恳谈会”,基本是关于2025年经济预判的话题,以及如何稳定工作等话题;但更多的预约是来自几个客户老板及副总裁们的见面,他们为今年的经济预判与企业发展焦虑而来。在聊天过程中,我发现今年的聊天有个很有意思的“点”,挺多人尤其关心我到底是怎么成长成现在的多领域风格的,还能掌握一些经济趋势的分析能力,到底学过哪些专业、在企业管过哪些具体事情?单单就这个一个月内,我就重复了数次“为什么”,再辅以我上次写的:《
    牛言喵语 2025-01-22 17:10 41浏览
  •  光伏及击穿,都可视之为 复合的逆过程,但是,复合、光伏与击穿,不单是进程的方向相反,偏置状态也不一样,复合的工况,是正偏,光伏是零偏,击穿与漂移则是反偏,光伏的能源是外来的,而击穿消耗的是结区自身和电源的能量,漂移的载流子是 客席载流子,须借外延层才能引入,客席载流子 不受反偏PN结的空乏区阻碍,能漂不能漂,只取决于反偏PN结是否处于外延层的「射程」范围,而穿通的成因,则是因耗尽层的过度扩张,致使跟 端子、外延层或其他空乏区 碰触,当耗尽层融通,耐压 (反向阻断能力) 即告彻底丧失,
    MrCU204 2025-01-17 11:30 182浏览
  • 数字隔离芯片是一种实现电气隔离功能的集成电路,在工业自动化、汽车电子、光伏储能与电力通信等领域的电气系统中发挥着至关重要的作用。其不仅可令高、低压系统之间相互独立,提高低压系统的抗干扰能力,同时还可确保高、低压系统之间的安全交互,使系统稳定工作,并避免操作者遭受来自高压系统的电击伤害。典型数字隔离芯片的简化原理图值得一提的是,数字隔离芯片历经多年发展,其应用范围已十分广泛,凡涉及到在高、低压系统之间进行信号传输的场景中基本都需要应用到此种芯片。那么,电气工程师在进行电路设计时到底该如何评估选择一
    华普微HOPERF 2025-01-20 16:50 73浏览
我要评论
0
点击右上角,分享到朋友圈 我知道啦
请使用浏览器分享功能 我知道啦