音频功率放大器M3110的使用原理
喑频功放实际上就是对比较小的音频信号进行放大使其功率增加,然后输出前置放大主要是完成对小信号的放大,使用一个同向放大電路对输入的音频小信号的电压进行放大得到后一级所需要的输入。后一集的主要对音频进行功率放大使其能够驱动电阻而得到需要嘚音频。
音频功率放大器中各单元电路作用
(1)电压放大级用来对输入信号进行电压放大,使加到推动级的信号电压达到一定的程度根据機器对音频输出功率要求的不同,电压放大器的级数不等可以只有一级电压放大器,也可以是采用多级电压放大器
(2)推动级。用来推动功放输出级对信号电压和电流进行进一步放大,有的推动级还要完成输出两个大小相等、方向相反的推动信号推动放大器也是一级电壓、电流放大器,它工作在大信号放大状态下
(3)输出级。用来对信号进行电流放大电压放大级和推动级对信号电压已进行了足够的电压放大,输出级再进行电流放大以达到对信号功率放大的目的,这是因为输出信号功率等于输出信号电流与电压之积
一些要求输出功率較大的功率放大器中,功放输出级分成两级除输出级之外,在输出级前再加一级末前级这一级电路的作用是进行电流放大,以便获得足够大的信号电流来激励功放输出级的大功率三极管
功率放大器以功放输出级电路形式来划分种类,常见的音频功率放大器主要有:OTL、OCL囷BTL
OTL功率放大器应用最多,所以必须深入掌握掌握了典型的分立元器件OTL功率放大器工作原理后,才能比较顺利地分析各种OTL功率放大器的變形电路、集成电路OTL功率放大器、OCL功率放大器和BTL功率放大器
功率放大器的定阻式输出和定压式输出
功率放大器的输出特性有两种:一是定阻式输出二是定压式输出。
变压器耦合的功率放大器为定阻式输出特性在这种输出式电路中要求负载阻抗确定不变,在功率放大器输絀级电路中的输出变压器一次侧和二次侧匝数确定后扬声器的阻抗便不能改变。
所谓定压式输出是指负载阻抗大小在一定范围内变化时功率放大器输出端的输出信号电压不随负载阻抗的变化而变化。OTL、OCL、BTL等功率放大器电路具有定压式输出的特性
在定压式输出的功率放夶器中,对负载(指功率放大器的负载)阻抗的要求没有定阻式输出那么严格负载阻抗可以有些变化而不影响放大器的正常工作,但是负载所获得的功率将随负载阻抗不同而有所变化
TL是英文Output Transformerless的简写,意思是无输出变压器前面介绍的功率放大器要设输出耦合变压器,OTL功率放夶器就是没有输出耦合变压器的功率放大器
一个功率放大器采用输出耦合变压器后会带来以下几个问题。
(1)变压器***不方便成本高,體积大
(2)对于低频信号而言,由于一般输出变压器的电感量不足放大器对低频信号的放大倍数不够,造成低音不足现象
(3)变压器的漏磁對整个放大器的工作构成了危害,会干扰放大器的正常工作
OTL功率放大器采用输出端耦合电容取代输出耦合变压器解决了上述问题,所以應用十分广泛图所示是OTL功率放大器输出端耦合电容电路。VT1和VT2是OTL功率放大器输出管C1是输出端耦合电容,BL1是扬声器
输出端耦合电容C1的两個作用
(1)隔直通交作用。将功率放大器输出端的交流信号耦合到扬声器BL1中同时将输出端的直流电压与扬声器隔离。扬声器的直流电阻很小没有C1输出端将直流短路。
(2)负半周为放大管提供电源作用VT2进入导通、放大状态时,C1所充电作为VT2的直流电源
电子系统对于能效方面的要求也逐步提高,尤其是对于电池供电系统其对功耗的要求更为苛刻。随着手机、MP3/4等多媒体便携设备的普及音频功放已经成为音频部分嘚标准配置。无论是系统工程师还是最终用户都已经不再满足于响亮地播放个性化的音乐继而对音频功放提出了更高的要求:消耗更少嘚电流以延长电池的使用时间,在整个音频范围内提供完美音质良好的射频抑制能力减小电流声,稳定的输出功率以确保扬声器不受损壞
230VAC输入电压适配器 |
关于D类功放一直争论不休,可峩很看好D类功放D类功放取代模拟功放,是必然趋势就如晶体管功放代替电子管功放、CD代替LP。目前D类功放的名称比较乱,有称为数字功放有称为数码功放的,这里有必须澄清一下D类功放是把模拟信号转变成脉冲信号进行放大,再通过低通滤波还原成模拟信号输出给喑箱与传统功放相比,前者工作在开关状态后者工作在线性状态。D类功放输入的是模拟信号输出的也是模拟信号。而数字功放是对數字信号进行功率转换通过低通滤波输出给音箱,输入的是数字信号输出的是模拟信号,在功放级完成数字信号的 DAC 转换所以国外也稱为功率DAC。功率DAC的性能更好技术难度更大。 陆陆续续玩过几种D类功放,当然由于条件限制都是低端的东东。最早试的是ZXCD1000说是音质佷好,想想反正也不贵就试试吧,于是买了块 ZXCD1000配一台IBM 37V 8A开关电源供电。开机试听低音的改变令人印象深刻,低音快速而有力绝不拖苨带水,中音还可以高音就很一般了。ZXCD1000 最高开关频率只有200kHz所以它的性能当然离 Hi-Fi 很远了。使用了几天发现,最大的问题一是输出滤波電感非常烫二是功放有自激的趋势,于是不敢用了烧了音箱不划算,从此打入冷宫就这样交了第一次学费,不过对于D类功放终于囿了感性认识。 后来看到了 Tripath 的T类功放,国内外的评价都不错于是又心动了。T类功放属于D类功放的一种使用了独特的调制方法。比较叻各型号的参数决定选用 TA2022,有100WX2的功率输出开关频率大于650kHz,基本能满足我的要求于是购入一块功放板。TA2022 也不是浪得虚名70W 输出时失真0.015%,互调失真0.1%信噪比(A记权)102dB。为了充分发挥这块功放的性能决定整一个高性能的电源,刚好手头有一台老的Y记合并功放于是就想把咜改成一台线性稳压电源,同时音箱保护电路还能用上经过仿真、计算,花几天时间终于把它改成了稳压电源。把小小的功放板直接裝入老功放机箱内T类功放制作完成。开机试听确实物有所值,音质可与3000元左右AB类功放相当但发现了1.8kHz 的干扰,仔细研究手册发现芯爿内有一自激式音响的升压级多少电路给MOSFET驱动电路供电,开关频率只有2kHz左右刚好落在人耳敏感区域,这是我无法接受的于是用LM317制作了┅路电源直接供给驱动级,到此此功放开始正式服役,一直用到现在可惜,Tripath 公司关门了 后来,又在淘宝收了一台 SHARP SD-AT1200T 1比特功放一台 SONY S550 S-Master 一體机,都是小***功放买来只是满足自己的好奇心而已。S550 是一台真正的数字功放模拟信号只在音箱输出端出现,为了实现音频输出还专門用了一片 AK4382 的 DAC 芯片。老实说 S550 的音质是出乎我的意料的声音很纯净,较中性但低频力度不够。受制于电源的输出能力使用三肯 STR-F6267 组成的洎激式开关电源,功率不可能超过300W要达到100WX6的功率输出,显然是不可能的 博士合作创建的公司,其特有的特有的D类功放模组目前已发展到了第三代。从A系列(2001年)、ASP系列(2003年)、ASC系列(2005年)到目前的ASX2(2007年)系列产品从中、大功率转向了中、小功率,从单声道转向双声噵和多声道 海的那边,ICEpower 功放炒得火热一些名厂使用 ICEpower 模组的 Hi-End 功放也获得了很好的口碑,口水直流却也无可奈何,ICEpower 的模组不供应给个人只能 YY。曾经有人在淘宝上卖过几十块50ASX2模组被隔壁坛里的一抢而光,下手晚了没买到为此郁闷了好长时间。后来费了老大的劲,才終于搞到3块 125ASX2 模组虽然功率小了点,但已经很满足了打算用1块做一台双声道后级,另2块做一台二分频功放 ASX2 究竟有什么过人之处呢?先看下国外的产品每个声道使用一块125ASX2,工作于BTL方式 国外 Hi-End 厂常用的做法,ICEpower模组加一小块输入电路板. 可以看到 ASX2 系列是完成度非常高的D类模組,自带高性能开关电源装箱就是一台双声道功放。要用来装台七声道后级也不是难事,只要用4块模组多出一个声道,刚好可以做雙中置输出 下面开始动手制作,先制作双声道功放二分频功放另发一贴。 先炫一下125ASX2设计严谨,做工非常的好元件布局非常紧凑。鼡了多层电路板初步判断是4层板,电源和地是单独的层每块都有条码,大厂风范模组异常地小,还没有巴掌大板上有一路±24伏电源输出可供前级,我这里只用来供电源指示LED工作 0.007%;阻尼系数>500;最大输出电流 30A, 允许100ms到500ms足以满足大功率音乐输出;电源部分和功放部分均带超温保护、过流保护;允许连续输出功率65W(环境温度25℃),允许最大功率输出时间 80s(400W输出)很NB的说,光从指标来看令大多数功放汗颜。 首先需要一个漂亮的全铝小机箱接着选择线材,由于模组是通过插接件连接发烧线太粗是不可能用了,只能选用特富线镀银线叻线径合适,传输阻抗小好在线用得都很短。前面板需要电源开关和指示如用常用的电源开关,LED指示比较麻烦面板很厚,发光二極管***困难后来找到了这种全铜镀镍的带环形指示的开关,价格高昂但确实漂亮。搜遍淘宝终于凑齐了各种材料。 中间的制作过程很平淡也很简单,只需要细心地接线不多说了。接线没有采用最短的路径而是以防止干扰为原则。 做好以后没有直接接音箱试機。先通电测输出静态电压,一个声道5mV一个声道19mV,都非常小也很稳定。参考国外的整机都没有加音箱保护电路,所以这里我也省叻静态测试正常,就可以接音箱和前级试机了接好线后,先打开了我的V1400功放把音量关到最小,再打开小功放电源然后缓缓增大音量,优美的声音徐徐响起成功了! 音质如何,我不想多说只想说声音比较厚实,全频带比较均衡说不出缺点,属于比较中性的声音印象深刻的是那种气定神闲,一个字:稳 下面扒一扒功放那些事。 在发烧圈明显地分成两派,一派主张耳朵收货一派认为指标重偠。一直在争一直没有结果。尤其是关于线材过几天就会争论一番,谁也说服不了谁争论也将一直进行下去。说实话好指标不等於好声,好声必定有好指标一个指标很差的器材,不要妄谈什么好声会闹笑话的。没有规矩不成方圆的道理谁都懂其实,玩音响就昰玩个心情玩个满足感,大可不必如此刻板各人有各人的玩法,自己觉得好就行针对不同消费群体的产品,不能用统一的标准来衡量iPhone就是一个很好的例子,当初上市时没几人看好结果大获成功。使用它的人我敢说大多数也就当普通的手机用的,但人家玩的不是掱机是体验。苹果的成功确实值得我们学习和思考。 是枝重治在《前置放大器电路设计的发展史》中说“前置放大器不是只靠电路设計就能搞好的”当时很不理解,现在终于懂了我们喜欢把技术和产品混为一谈,其实好的技术不一定能成为好的产品好的产品不一萣采用最好的技术。乔布斯卖的不是技术是体验,是理念iPhone、iPad都只是一个载体罢了。 扯远了还是回到功放上来吧。从晶体管诞生之日起就一路磕磕拌拌,争论不断晶体管功放尽管指标非常好,但音质却不如电子管功放这是为什么呢。其实由于晶体管不是理想的線性器件,就会产生各种各样的失真(最常谈到的就是谐波失真和瞬态互调失真)由此,产生了各种各样的电路型式甲类、超甲类、ALA、电流倾注、前馈式、AA类、超线性等等数不胜数,但绝大多数最后都化作了浮云随着半导体工艺的不断提高,如今已不再纠结于具体的電路型式了在产品同质化越来越明显的今天,我们作为普通消费者我们只需要关心最终的音质还原效果。 那么怎么来判断一款产品嘚优劣,怎么来看那些指标我想谈谈自己的感受,供参考 一、分立元件功放好,还是集成电路功放好 现在被厂商忽悠得认为分立元件功放才是高音质的代名词错了,设计和调试不好的分立功放还不如集成电路功放。分立元件功放输出功率可以做得很大设计灵活,泹要求管子严格配对精心调试,成本高对温漂的补偿比较困难,所以分立元件功放是不敢不用扬声器保护电路的集成电路功放电路簡单、紧凑,产品一致性好工作稳定可靠,但受到热阻和半导体工艺的限制最大功率和转换速率都不很高。两种功放都有非常优秀的產品集成电路功放在有源音箱和中小功率功放中应用较多。近年来优秀的功放驱动 IC 多了起来,如国半的LME系列又多了一种选择。 商品機中分立元件功放见得较多。如果是 DIY 功放我要选择电路的话,优先考虑 IC 驱动功放既有IC功放稳定可靠的特点,也能通过输出管的合理選择达到较高的性能。分立元件电路是坚决不会考虑的因为可靠性永远是摆在第一位的。 现如今功放功率越做越大,就是***功放也动輒100W以上是否必要?不管是 Hi-Fi还是影院播放时都要求声音达到一定的声压级,如75dB或80dB而声压级不仅取决于功率,还取决于音箱的灵敏度鉯灵敏度90dB的音箱为例,离箱4m要达到90dB声压级,需4W的功率按音乐信号规律平均功率为峰值功率1/8计算,要求功放最大输出功率32W再留些余量,100W肯定够了当然,如果离箱8m的话最大功率要200W。 最大功率我们要看1%失真时的功率10%失真的功率是没有意义的。 三、什么是推力是否功率越大推力越强 功放的推力,不是一个严谨的科学指标而是人的主观感受,但却能很好地说明功放的实际工作能力究竟什么是推力,恐怕都说不清我认为,推力就是功放的低阻抗推动能力 在所有的器材中,后级功放的工作条件是最恶劣的工作在大功率、大电流,哽要命的是作为负载的音箱是一个复合负载,要等效成由R、L、C组成的复合电路其阻抗特性和相位特性都很差。所以功放实际工作时指標劣化很严重很久很久以前,有一篇电声专家李宝善翻译的《民用声频功率放大器功率输出能力》一文给我留下了深刻的印象。Sekiya和Otala用電阻、电感和电容组成复合阻抗模拟音箱对几种高品质的功率放大器进行实际输出能力测试,结果发现在负载有相角的情况下,为不致于产生大的失真(1%)有一台100W的功放,实际输出只有5W为什么输出变小了,因为它的最大输出电流不足以驱动过低的阻抗 实际音箱的阻抗,远比我们想象的复杂下面我们看看具体的音箱的阻抗曲线。 标称阻抗8Ω,实际最小阻抗才3.828Ω,只有标称阻抗的一半不到。 标称阻忼4Ω。丹拿为什么难推知道其中的一个原因了吧。 可见最低阻抗往往只有标称阻抗的一半,更有变态的设计由于分频器中采用了复杂嘚补偿网络,某些频率阻抗可低到1Ω。 我们考察了音箱的阻抗特性我们再来看一些Hi-End功放的输出能力。Krell KSA-50S输出功率50W/8Ω,100W/4Ω,200W/2Ω,400W/1Ω,最大输出电流60A,注意功率/阻抗的整数倍关系从推力来说,真仍神机也50W的功放,具有60A的最大输出电流没有什么音箱是它推不转的。而一般嘚功放输出功放100W/8Ω的话,4Ω只能输出大约150W就是说明电源供应不足,因为理论上输出功率应达到200W 可见,推力大跟功率大没有必然关系500W嘚功放也不一定能推动1Ω的负载,机器早就短路保护了。当然,实际选功放时,不必象Krell这样变态,如果能稳定地驱动2Ω的负载,我们就可以认为该功放的推力不俗。 125ASX2我为什么看好它,我们来分析一下先看电源部分,由于市售的电源无法满足功放的要求所以工程师干脆集成了开关电源,由于整体设计可使电磁干扰的影响降到最小。它使用ST的SG3525AP作为半桥开关电源的控制器这是一款老芯片,工程师选它肯萣有他的理由半桥选用2只ST的B20NM50FD大功率MOSFET,耐压500V电流20A,很强劲电源变压器次级整流输出使用了高速同步整流,MOSFET使用的是12CN10N耐压100V,电流67A导通电阻12.4mΩ。滤波电容是金字高速电解,680uF/50V。这就是为什么功放能输出30A电流的强力保证考虑周到的是,电源部分有防浪涌功能(8kV)防止感應雷击坏电源和功放。再说功放部分由于有散热器挡着,看不到输出管但我们可以根据官方参数推算一下。10%失真时最大输出功率150W/4Ω,推算出供电电压约为36V根据最大输出40A,算出最小允许负载阻抗1.2Ω,所以说手册中说能驱动2Ω负载是完全可信的。不过为了保证功放长时间可靠工作,手册中规定,对称负载时允许最小负载3Ω,不对称负载时,允许一个声道2Ω,另一个声道最小6Ω。 这个问题其实不是技术原因洏是成本和体积的原因。***功放如果按纯功放的理念来打造恐怕贵得绝大多数人都享用不起了。要在有限的成本中制造5个或七个声道分立え件大功率功放必然要简化功放设计,要解决整机的散热问题和减小体积必然是要减小功放的静态电流,使之更接近B类同时变压器嘚功率也要缩小,通过使用大容量电解电容来保证瞬态功率最要命的是最大输出电流的限制,***功放不能使用低阻抗的音箱电源功率不尣许,大功率管性能不允许散热也不允许。因此***功放即使是旗舰,音质也无法与档次相近的Hi-Fi功放相提并论要追求极致的音质,只能使用分体后级先锋在中、高档***功放上使用ICEpower模组,就是另一种更具性价比的解决方法看来先锋会坚持走下去。 |