四、功率放大器

功率放大器（Amplifier）簡稱功放，是聲頻系統(tǒng)中十分重要的設備之一。主要作用是將聲源輸出的微弱音頻信號經(jīng)處理后加以放大，為揚聲器提供足夠的功率使它發(fā)出聲音。注意：在安裝功率放大器之前，需確定主機或信號處理器的輸出電壓不超過功率放大器的輸入范圍，雖然功率放大器的音頻信號輸入額定電壓與信號處理器輸出電壓基本相同，但稍不注意，很容易造成影音器材損壞。簡明的功放安裝方式如圖2-19所示。

1.功率放大器的種類

功率放大器的輸入端所需要的推動電壓，有兩種標準，一種是0dB（0.775V），另一種是4dB（1.228V）。功率放大器由前置放大、功率放大（后級放大）、電源及各種保護電路組成。功率放大器有單聲道、兩聲道、四聲道、五聲道、六聲道等多種，型號、品牌非常多。功率放大器的輸入輸出端如圖2-20所示。五聲道功率放大器揚聲器輸出端如圖2-21所示。五聲道功率放大器音頻輸入端如圖2-22所示。

圖2-19 簡明的功放安裝方式

圖2-20 功率放大器的2組輸入/1組輸出端

圖2-21 五聲道功率放大器揚聲器輸出端

圖2-22 五聲道功率放大器音頻輸入端

按不同的分類方法大致有：

1）甲類功放。又稱A類功放。是在輸入正弦波電壓信號的整個周期中（正弦波的正負兩個半周），功率輸出一直有大電流通過，需要大容量的電源電路，工作時功率管產(chǎn)生的熱量很高，并且容易擊穿燒壞。特點是音質好，失真小。不足的是輸出功率和效率低，消耗電量大。

2）乙類功放。又稱B類功放。輸出功率管只導通正弦信號的半個周期，另半個周期截止。也就是說，正半周由一個功率管工作，負半周由另一個功率管工作，在輸出端合成一個完整的、與輸入完全相同的波形，用來驅動揚聲器系統(tǒng)。一個輸入信號由兩路分別進行放大是B類放大器的特征。乙類放大器的優(yōu)點是效率高，缺點是會產(chǎn)生交越失真。

3）甲乙類功放。又稱AB類功放。介于甲類和乙類之間，即功率輸出管導通時間大于半個周期而小于一個周期，有較短時間截止。對于乙類或甲類功率放大器為獲得不失真的信號輸出必須采用由兩個功率管組成推挽放大的電路形式，甲乙類放大有效解決了乙類放大器的交越失真問題，效率又比甲類放大器高，因此獲得了極為廣泛的應用。

4）丁類功放。又稱數(shù)字放大器，又稱D類功放。與傳統(tǒng)的模擬功放是兩種不同的工作原理，屬于開關型的音頻功放，D類使用的是PWM技術，是一種開關頻率隨著時鐘脈沖周期而變化的放大器。在大功率應用場合，數(shù)字功放同時具有頻率響應寬，大動態(tài)范圍和良好的瞬態(tài)響應。它的優(yōu)點是失真小、抗干擾能力強、散熱器面積小、體積小、重量輕、電源功耗小、轉換效率高、具有甲乙類的音質。如圖2-23為日本先鋒D類數(shù)字放大器。

圖2-23 日本先鋒D類數(shù)字放大器

2.功率放大器的主要功能

1）音頻信號輸入選擇（Line input）。有RCA信號（低電壓信號）和主機揚聲器線（高電壓信號）兩種輸入方式。其中要獲得良好的音質可以采用RCA信號輸入。若主機無RCA信號或保留原車主機情況下，就只有選擇用高電平輸入（俗稱高轉低）。

另外，很多功放產(chǎn)品帶有一組或兩組信號輸出，可以將信號傳遞到另一臺功放，這不僅可以節(jié)省分音器的費用，更可以保證出色的音質。

2）電子分音（Crossover）。此功能有三種選擇：FULL（全頻段）；HP（高通）分頻點只讓100Hz以上的頻率通過，主要用于高、中音揚聲器的設置；LP（低通）分頻點只讓80Hz以下的頻率通過，主要用于低音揚聲器的設置。其中有一些還設置分頻可調式，可以根據(jù)系統(tǒng)的設計進行分點設定分頻（有些器材只能固定在80Hz、100Hz、120Hz這三種頻率點上）。

3）橋接輸出（Bridged）。當功放采用橋接式接法后，輸出功率一般可以提高一倍，從而使它在需要的時候增加用途（如用來推動超低音揚聲器）。

4）輸入增益調整（Gain）。此旋鈕是用于調整功放的輸入電壓與主機傳輸過來的信號電壓達到最理想的匹配狀態(tài)，以保證聲音不會有任何的失真。

5）音調調節(jié)。部分產(chǎn)品設置有低音（Bass）、高音（Tweeter）調節(jié)，可分別在45Hz、10kHz兩個頻率進行提升或衰減，調整范圍在0～12dB之間，能令播放的低音更加豐滿深沉，高音更加清晰透明。

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3.功率放大器主要規(guī)格說明

功放就如同人類一樣，它的血統(tǒng)是否優(yōu)良純正，關系到它的進化或淘汰。一臺好的功放，必須要有高水平工程師，才能設計出優(yōu)良產(chǎn)品，不至于被市場所淘汰，一位好的工程師除了要了解電器方面，還熟悉電子材料的品質并了解市場上的需求。功率放大器主要規(guī)格見表2-2。

表2-2 功率放大器主要規(guī)格

（續(xù)）

1）輸出功率。指功率放大器的額定輸出功率。現(xiàn)代專業(yè)功率放大器多為雙聲道立體聲方式，即有兩組相同的功放線路，左右兩個輸出聲道。也可接成橋式工作方式，它的峰值功率為額定功率的三倍多。

①額定功率（RMS）。額定功率指在一定的諧波范圍內(nèi)，能夠連續(xù)輸出的功率有效值。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。

②最大功率輸出（Peak Power）。當不考慮失真度大小時，功放電路的輸出功率可遠高于額定功率，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。

③音樂輸出功率（MPO）。音樂輸出功率MPO是英文Music Power Output的縮寫，它是指功放電路工作于音樂信號時的輸出功率，也就是輸出失真度不超過規(guī)定值的條件下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。

音樂輸出功率可以用來評價功放的動態(tài)聽音效果，例如在平穩(wěn)的音樂過程后面突然出現(xiàn)了沖擊性強的打擊樂器聲音，有的功放電路可在瞬間提供很大的輸出功率給以力度感；有的功放卻顯得力不從心、底氣不足。瞬間突發(fā)性輸出功率的能力可以用音樂輸出功率來衡量。

④峰值音樂輸出功率（PMPO）。它是以音樂信號瞬間能達到的峰值電壓來計算的輸出功率，是功放電路的另一個動態(tài)指標，若不考慮失真度，功放電路可輸出的最大音樂功率就是峰值音樂輸出功率。

通常峰值音樂輸出功率大于音樂輸出功率，音樂輸出功率大于最大輸出功率，最大輸出功率大于額定輸出功率，經(jīng)實踐統(tǒng)計，峰值音樂輸出功率比額定輸出功率的（RMS）高出3～4倍。

2）頻率特性。頻率特性是指功率放大器對不同頻率表現(xiàn)的放大性能，實際上就是測量對高頻、中頻、低頻等各頻率信號的放大是否均勻，理想的頻率特性曲線應是平直的，通常從20Hz～20kHz的均勻性在±0.5dB之內(nèi)。

3）失真（THD）。失真是指放大器輸入信號與輸出信號產(chǎn)生了波形的畸變或者信號成分的增減，失去原有的音色。失真有線性失真與非線性失真，優(yōu)質功率放大器的失真度，一般控制在0.1%或者更小一些。

4）靈敏度。是一種調校電平，范圍由100mV～6V甚至更多，調音時必須與音源匹配。

5）信噪比（S/N）。噪聲主要是由晶體管（電子管）、集成塊及電阻等組件產(chǎn)生的，輸出信號電壓與同時輸出的噪聲電壓之比，就是信號噪聲比，簡稱信噪比。信噪比越高表明它產(chǎn)生的雜音越少，放音質量就越高，高質量的功率放大器的信噪比大都在100dB以上。

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6）動態(tài)范圍。通常，信號源的動態(tài)范圍是指信號最強的部分與最微弱部分之間的電平差，以dB表示。而放大器的動態(tài)范圍則是指它的最高不失真輸出電壓與無信號輸出噪聲電壓之比。顯然，放大器的動態(tài)范圍必須大于節(jié)目信號的動態(tài)范圍，這樣才能獲得高保真的重放效果。目前CD唱片的動態(tài)范圍已達85dB以上，這就要求功率放大器的動態(tài)范圍更大。

7）阻抗。阻抗并不是單一的，它由電阻的特性（Resistance）、電感對頻率的反應特性（感抗，Inductive Reactance）以及電容對頻率的反應特性（容抗，Capacitive Reactance）所組成。

阻抗是電路或設備對交流電流的阻礙作用，輸出阻抗是在出口處測得的阻抗。阻抗越小，驅動負載的能力就越高。單位是歐姆（Ω）。

①輸入阻抗。功率放大器的輸入阻抗通常在20～150kΩ之間，高輸入阻抗能夠減小電路連接時信號的變化，才可以保證功率放大器的輸入不會讓前置放大器的輸出出現(xiàn)過載。

②輸出阻抗。功率放大器的輸出阻抗則很低，輸出端與負載（揚聲器）所表現(xiàn)出的等效內(nèi)阻抗稱為功放的輸出阻抗。可以把輸出阻抗看作與負載串聯(lián)，因此在設計上考慮，希望輸出阻抗能夠更低些。一般功率放大器的輸出阻抗為：2Ω、4Ω、8Ω、16Ω，一般4Ω、8Ω用得最多。

8）阻尼系數(shù)。是指放大器的額定負載（揚聲器）阻抗與功率放大器實際阻抗的比值。阻尼系數(shù)大表示功率放大器的輸出阻抗小。阻尼系數(shù)是放大器在信號消失后控制揚聲器錐體運動的能力。具有高阻尼系數(shù)的放大器，對于揚聲器在信號終止時能減小其振動。

功率放大器的輸出阻抗會直接影響揚聲器系統(tǒng)的低頻Q值，從而影響系統(tǒng)的低頻特性。揚聲器系統(tǒng)的Q值不宜過高，一般在0.5～1范圍內(nèi)較好，功率放大器的輸出阻抗是使低頻Q值上升的因素，所以一般希望功率放大器的輸出阻抗小、阻尼系數(shù)大為好。阻尼系數(shù)一般在幾十到幾百之間，優(yōu)質專業(yè)功率放大器的阻尼系數(shù)可高達200以上。

9）工作電壓。汽車影音一般在10～15V的電壓范圍內(nèi)正常工作。

10）爬升率（Slew Rate）。阻尼效應和爬升率是功放規(guī)格里最重要的兩個系數(shù)，是關系功放聲音是否干凈清晰，或者是否具有朦朧美。現(xiàn)在應該清楚知道為什么有的功放聲音清晰，有的模糊，除了用耳朵鑒賞外，還可以從功放規(guī)格中尋獲。

爬升率可以比喻為車輛以多快速度達到終點而不致被后者追上。以聲音做解釋而言，當聆聽一首優(yōu)美的音樂，音量可以稍微大一些，如果聽到像指甲刮黑板一樣刺耳的聲音，那表示功放的速度（爬升率）不夠快，無法精確表現(xiàn)高頻部分的細膩。爬升率高的功放應該表現(xiàn)出音樂當中的聲場感、細膩感和弦樂器所能表現(xiàn)的松香味。

11）增益（Gain）。增益的意義就是由一個小的信號電平經(jīng)過放大電路成為大的信號電平，也就是說由小變大之間的差異就叫增益，也叫放大率。反過來叫衰減率。原則上是采用倍數(shù)來計算，不過常常會在好幾萬倍的情形下，所以采用了dB這種表示單位。通常功放在串聯(lián)的情況下放大倍數(shù)是相乘的，dB數(shù)是相加的。

比如說一部前級的平坦放大器，當輸入信號電壓為0.1V時，而輸出電壓為1V，這種稱之10倍放大器，也就是具有20dB的放大能力；如果以0.1V的輸入而能有10V的輸出時，稱此放大器為100倍放大，也就是40dB放大能力。

如果將信號電平減小到百分之一時，就叫-40dB衰減。比方說有一個20dB放大器后面又加一個20dB放大器然后再加一個20dB放大器這樣看起來就是60dB，再看放大倍數(shù)就是1000倍。放大倍數(shù)和dB之間的關系及換算見表2-3。

表2-3 放大倍數(shù)和dB之間的關系及換算

例如60dB的電壓增益比

60dB=20dB+20dB+20dB

1000倍=10×10×10

例如50dB的電壓增益比

50dB=20dB+20dB+10dB

300倍=10×10×3

在音響系統(tǒng)內(nèi)，一般以信號源的輸入電平?jīng)Q定放大的增益，基本上分低電平輸入及高電平輸入兩部分，低電平大部分指唱頭輸入包括MM、MC及（加升壓器后）麥克風輸出信號。高電平信號則指錄音座、CD、DVD及一般大部分音頻信號源的輸出信號。

在標準的前級一般增益是10倍，也就是20dB，如果輸出推動后級約100W的功率，在滿功率時電壓是1V，前級的信號輸入端應該是0.1V，也就是說它在0.1V時已經(jīng)滿載了，超過后一定會造成失真及超負荷現(xiàn)象。但是一般的CD播放器的輸出最少也有1V，當這樣電壓輸入后一定要用一個衰減器來調整，也就是音量控制器，如果要減掉90%時就是-20dB的衰減，這時還是滿功率輸出。意思就是說我們在用音響控制器時，范圍是在整個控制器的十分之一里面在變動，雖然在用的人表面看不出來，因為它是用指數(shù)規(guī)律來分配的，所以用在音響控制的電位器一定要用A型。如果用B型就是平均型，結果你必須要在最小端十分之一范圍內(nèi)調整。

與增益有關的重要觀念：

①決定增益大小是由放大電路回授量的比值決定，或由變壓器內(nèi)線圈的比值來改變，和晶體管本身的放大系數(shù)無關，所以晶體管的放大率和配對輸出的音量大小無任何關系。

②一般均為以電位器作為衰減增益的控制器。電路內(nèi)的回授量及阻抗的匹配才是決定增益大小真正的方法。

③音響控制器的位置和輸出功率大小無關，因為它是一個衰減器，只和輸入信號大小及放大器的增益有關。