Types of power amplifier and several important parameters of power amplifier

1、纯甲类功率放大器

    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。

2、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。

3、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。

4、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。两只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。

    在D类放大器中，比较器的输出与功率放大电路相连，功放电路采用金属氧化物场效应管(MOSFET)替代双极型晶体管(BJT)，这是由于前者具有更快的响应时间，因而适用于高频工作模式。D类放大器需要两只MOSFET，它们在非常短的时间内可完全工作在导通或截止状态下。当一只MOSFET完全导通时，其管压降很低；而当MOSFET完全截止时，通过管子的电流为零。两只MOSFET交替工作在导通和截止状态的开关速度非常快，因而效率极高，产生的热量很低，所以D类放大器不需要很大的散热器。

D类功放还有其它许多的称法，如T类等，它们都是D类功放的一种变形。在实际应用中，直到1980以后，由于MOSFET的出现，这种开关式功放才得以迅速发展。在实际的发展过程中，虽然有高效率，但同时也有高失真，高噪声以及较差的阻尼因素。随着技术的发展，

    这类缺陷将越来越少，估计未来D类功放在汽车音响领域中会得到更加广泛的应用。

功放的几个重要的参数

    1、输入灵敏度，是指功放所需较小输入信号电平，它是要求将音源信号放大到足够推动后级功放所需要的必要条件。

    2、谐波失真度，这是功放一项极重要的指标，谐波失真是非线性失真的一种，它是放大器在工作时的非线性特征所引起的，失真结果是产生了新的谐波分量，使声音失去原有的音色，严重时声音发破、刺耳。谐波失真还有奇次和偶次之分，奇次谐波会使人烦噪、反感，容易被人感知。有些功放听起来让人感到烦噪，感觉疲劳，就是失真较大所引起的。对功放影响较大的就是失真度，一般高保真要求谐波失真在0.05%以下，越低越好。除了谐波失真外，还有互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，相位失真等，它们是影响功放质量的罪魁祸首。考核功效的优劣，首先要看它的失真度，像意大利Sinfoni功放的总的谐波失真就在0.01%以下。

    3、输出功率，功率问题最令汽车音响从业人员认识不清，在这里需要一一讲解：

    A、额定输出功率，称为（RMS），指放大器输出的音频信号在总谐波失真范围内，所能输出的较大功率。它一般是交流信号峰值的0.707倍。

 
    B、平均功率，平均功率一般是指各个频率点的平均消耗功率，它与额定输出功率有点类似，但是它一般要参考时间。

    C、峰值输出功率，功放所能输出的较大音乐功率称为峰值输出功率，它不考虑失真，通常为（RMS）功率的1.414倍左右。

    D、峰值-峰值功率，它是指正电压峰值到负电压的峰值的功率，它是峰值输出功率的四倍。它的出现是厂家出于商业目的，并无实际意义。

    4、信噪比，数值越大越好，一般用（S/N）表示，用信号功率Ps与噪声功率Pn的比值的分贝数表示，S/N=10lgPs/Pn=20lgVs/Vn（db），式中Vs、Vn分别为信号电压与噪声电压。

    信噪比与输入信号电平的增加，信噪比也逐渐加大，但当输入信号电平达到某一数值后，信噪比基本保持不变。按目前高保真要求，信噪比应达90dB以上为好，进口高品质的功放机往往可达110-120dB，其性能可想而知了。有的信噪比后面有A计权字样，A计权是指将噪声信号通过加权网络后测得的结果，由于人们对于高、低频段的噪声相对来说不太灵敏，所以出现了这样的计权方式。计权噪声更加直观地代表人们实际感受到的噪声信号状况。总之，信噪比越大，表明混在信号里的噪声越小，放音质量越好，便重放音乐清晰，干净而有层次。

    5、频率响应，早期俗称功率带宽，指谐波失真不超过规定值时，功放的1/2额定功率频带宽度，即有高低端下跌-3dB的两个频率点之间所包括的频带，称之为功率带宽。

    6、阻尼系数，主要是对低频而言，是直接影响低音音质的极重要的技术参数。众所周知，喇叭的口径越大，低音相对就越好，但音盆越大其运动惯性也随之加大，此惯性使它很难与音频信号同步运动，往往表现出的声音混浊不清，尤其在100-400Hz低频，容易造成声染色，使人听起来模糊不清，很不自然。有些改装车的低音喇叭，低频信号强时颤振不止，低音拖尾严重，这就是音盆惯性所引起的。

在功放设计时，工程师对功放采取一些技术措施，如选择多管并联，低内阻（毫欧级）大功率管，提高工作电压，选择出色线材等，极力提高阻尼系数，使它能够针对喇叭惯性运动，产生“电阻尼”作用，使音盆的运动与音频信号同步运动，尽可能使音盆在驱动信号结束后很快恢复到零位（即中心位置），这种阻止效果就是阻尼系数（Damp Factor），D=Rs/Ri，Rs=喇叭阻抗，Ri=功放输出内阻，D越大，音盆与信号同步效果就越好，低音就越纯越干净，重放效果就越好。

    7、转换速率（Slew rate），功放的转换速率极大地影响着高音重放质量与性能。转换速率越快，高音音质就越佳，越能准确地捕捉到稍纵即逝的高频信息。高品质功放可做到十几至几十V/us，低中档功放都一般不标出，这种转换速率的数值高低，与设计，用料有密切关系，但也不宜太高，太高会产生人耳听不见的20KHz以上超音信号，不但对改善音质无作用，反而容易烧坏高音喇叭。

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