音频功放:类型多样,结构精妙

在音响系统中,音频功放扮演着至关重要的角色,它如同一位强大的 “信号增强者”,将来自信号源的微弱电信号进行放大,进而驱动扬声器发出清晰、响亮的声音。由于在功率、阻抗、失真、动态以及使用范围和控制调节功能等方面存在差异,不同功放在内部信号处理、线路设计和生产工艺上也各有千秋。

丰富多元的功放类型

依导电方式分类

  1. 甲类(A 类)功放:在信号的整个周期内,其功率输出元件始终保持电流导通,工作于特性曲线的线性范围,以此确保放大后的信号失真度极小,信号越小,传真度越高。然而,甲类功放效率极低,最高仅达 25%,即便无信号输入,功率消耗依旧不减,且会产生大量热量,这使得它需要良好的散热环境。尽管存在效率短板,但因其卓越的高传真度,部分高级音响器材仍对其青睐有加。
  2. 乙类(B 类)功放:该类功放的正弦信号正负两个半周,分别由推挽输出级的两 “臂” 轮流放大输出。当无信号输入时,输出端几乎不消耗功率,效率较高,最大可达 78%。不过,由于推挽式放大器在信号振幅范围的一段区域处于特性线的非线性部分,会导致严重的 “交越失真”,影响音质。
  3. 甲乙类(AB 类)功放:此类型介于甲类和乙类之间,通过在推挽输出管的 Vbe 之间添加特定电压,使输入信号在一定范围内时,两管均可导通,有效降低了失真。虽然在消除交越失真的同时,付出了静态功耗增加和效率损失的代价,但其效率仍处于甲类和乙类之间,凭借失真较小且效率尚可的优势,在市场上得到极为广泛的应用 。
  4. 丁类(D 类)功放:作为数字式放大器,丁类功放借助极高频率的转换开关电路放大音频信号。它具有效率高(可达 80% – 90% 以上)、体积小的显著优点,大幅降低了对环境散热性能的要求。不过,受器件性能限制,目前其在性能指标上尚难以达到 Hi – Fi(高保真)级别,在有源超低音音箱领域应用较为广泛 。
  5. G 类功放:由日立公司于 1976 年提出,其核心原理是根据输入音频信号的强弱,为功放灵活提供多个不同的电源电压。当输入信号较低时,采用小电源电压;信号较强时,则切换至高电源电压。鉴于音频信号峰值率高的特性,G 类功放这种灵活选定电源电压的工作方式,能有效降低功耗、提升效率,近年来在高功率音频功放系统中的应用愈发广泛 。

按元件数量分类

  1. 单端放大器:输出级由一只放大元件(或多只元件并联成一组)负责对信号正负两个半周进行放大,并且只能工作在甲类状态。
  2. 推挽放大器:输出级包含两个 “臂”(两组放大元件),工作时一个 “臂” 电流增加,另一个 “臂” 电流减小,二者轮流转换状态,共同完成电流输出任务。常见的是构成乙类或甲乙类放大器,相比单端放大器,在效率和功率输出方面具有优势 。

以功放管类型区分

  1. 胆机:采用电子管作为功放管,其音色独特、优美,深受资深发烧友的追捧,在高端音响领域占据重要地位。
  2. 石机:运用晶体管作为功放管,具有性能稳定、体积小、成本相对较低等特点,在市场上应用广泛 。

从功能维度划分

  1. 前置放大器(前级):主要承担增强信号电压幅度的任务,同时具备输入信号选择、音调调整和音量控制等功能,为后续功率放大做好准备 。
  2. 功率放大器(后级):专注于增强信号功率,以驱动音箱发声,不具备信号源选择、音量控制等附属功能,是直接推动扬声器工作的关键环节 。
  3. 合并式放大器:将前置放大和功率放大两部分集成在同一个机箱内,因其使用方便、相对造价低,成为家庭中常见的功放类型 。

基于用途进行归类

  1. AV 功放:专为家庭影院场景设计,一般配备 4 个以上声道数以及环绕声解码功能,还带有显示屏。其核心目标是真实营造影片环境声效,让观众在家中就能体验到影院般的震撼效果。但由于内部电路信号流通环节复杂,对声音纯净度有一定 “染色” 影响,用于 Hi – Fi 重放时效果欠佳 。
  2. Hi – Fi 功放:以高保真重现音乐本真面貌为设计宗旨,一般为两声道设计,无显示屏。该类功放致力于 “音色优美,高保真”,汇聚了众多高新技术,价格跨度较大,从千余元到几十万元不等,有 “分体式”(前级放大器独立)和 “合并式”(前级和后级一体)之分 。

精巧协同的功放结构

以常见的甲乙类功放为例,其结构主要由以下几部分协同构成:

  1. 输入级:主要负责接收来自音源或前级放大器的微弱信号,并进行初步的放大和处理,通常采用差分放大电路,以提高信号的抗干扰能力和抑制共模信号。
  2. 中间级:对输入级送来的信号进行进一步放大,以获得足够的电压增益,为输出级提供足够大的驱动信号。这一级通常由多个放大电路组成,可能包括电压放大级、电流放大级等。
  3. 输出级:作为功放的关键部分,直接与扬声器相连,负责将经过放大的信号转换为足够大的电流和功率,以驱动扬声器发声。甲乙类功放的输出级通常采用推挽式结构,由两个功放管(通常为互补对称的晶体管)组成,一个负责放大信号的正半周,另一个负责放大信号的负半周。
  4. 电源电路:为功放的各个部分提供稳定的直流电源。电源电路的性能对功放的音质和稳定性有重要影响,通常包括变压器、整流电路、滤波电路和稳压电路等部分。
  5. 保护电路:用于保护功放和扬声器免受过载、过热、短路等故障的损坏。常见的保护电路包括过流保护、过压保护、过热保护等。
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