功放電路大全

作為一名硬件工程師，特別是做純粹模擬電路、應(yīng)用于音頻功放的工程師，對(duì)于A類、B類、AB類、D類、G類、H類、T類功放應(yīng)該特別熟悉。

大多數(shù)工程師或許只知道其中的一小部分、或者知道大概，為了讓更多的工程師掌握更加詳盡的音頻功放知識(shí)，下文對(duì)以上說的音頻功放做詳細(xì)的說明。

功放，顧名思義就是功率放大的縮寫，與電壓或者電流放大來(lái)說，功放要求獲得一定的、不失真的功率，一般在大信號(hào)狀態(tài)下工作。

因此，功放電路一般包含電壓放大或者電流放大電路沒有的特殊問題，具體表現(xiàn)在：

• 輸出功率盡可能大；

• 通常在大信號(hào)狀態(tài)下工作；

• 非線性失真突出；

• 提高效率是重要的關(guān)注點(diǎn)；

• 功率器件的安全問題。

而對(duì)于音頻功放電路，也需要注意以上的問題，根據(jù)放大電路的導(dǎo)電方式不同，音頻功放電路按照模擬和數(shù)字兩種類型進(jìn)行分類。

模擬音頻功放通常有A類、B類、AB類、G類、H類、TD功放，數(shù)字電路功放分為D類、T類，下文對(duì)以上的功放電路做詳細(xì)的介紹和分析。

01

A類功放(又稱甲類功放)

A類功放如上圖，在信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)都不會(huì)出現(xiàn)電流截止(即停止輸出)的一類放大器，但是A類放大器工作時(shí)會(huì)產(chǎn)生高熱，效率很低。

盡管A類功放有以上的弊端，但固有的優(yōu)點(diǎn)是不存在交越失真，并且內(nèi)部原理存在著一些先天優(yōu)勢(shì)，是重播音樂的理想選擇。

它能提供非常平滑的音質(zhì)，音色圓潤(rùn)溫暖，高頻透明開揚(yáng)，中頻飽滿通透的優(yōu)點(diǎn)。

單端放大器都是甲類工作方式，推挽放大器可以是甲類，也可以是乙類或甲乙類。

02

B類功放(又稱乙類功放)

B類功放是指正弦信號(hào)的正負(fù)兩個(gè)半周分別由推挽輸出級(jí)的兩個(gè)晶體管輪流放大輸出的一類放大器，每一晶體管的導(dǎo)電時(shí)間為信號(hào)的半個(gè)周期，通常會(huì)產(chǎn)生我們所說的交越失真。

通過模擬電路的調(diào)整可以將該失真盡量的減小甚至消失，B類放大器的效率明顯高于A類功放。

03

AB類功放(又稱甲乙類)

AB類功放界于甲類和乙類之間，推挽放大的每一個(gè)晶體管導(dǎo)通時(shí)間大于信號(hào)的半個(gè)周期而小于一個(gè)周期。

因此AB類功放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(yīng)用。

04

D類功放(又稱丁類功放)

D類功放也稱數(shù)字式放大器，利用極高頻率的轉(zhuǎn)換開關(guān)電路來(lái)放大音頻信號(hào)，具體工作原理如下：D類功放采用異步調(diào)制的方式，在音頻信號(hào)周期發(fā)生變化時(shí)，高頻載波信號(hào)仍然保持不變。

因此，在音頻頻率比較低的時(shí)候，PWM的載波個(gè)數(shù)仍然較高，因此對(duì)抑制高頻載波和減少失真非常有利，而載波的變頻帶原理音頻信號(hào)頻率，因此也不存在與基波之間的相互干擾問題。

許多功率高達(dá)1000W的丁類放大器，體積只不過像VHS錄像帶那么大，這類放大器不適宜于用作寬頻帶的放大器，但在有源超低音音箱中有較多的應(yīng)用。

05

G類功放

G類功放為一種多電源的AB類功放的改進(jìn)形式，G類功放充分利用了音頻都具有極高峰值因數(shù) (10-20dB) 的這一有利條件。

大多數(shù)時(shí)候，音頻信號(hào)都處在較低的幅值，極少時(shí)間會(huì)表現(xiàn)出更高的峰值，下圖是G類功放集成IC的一個(gè)典型功能框圖。

G類放大器使用自適應(yīng)電源軌，并利用一個(gè)內(nèi)置降壓轉(zhuǎn)換器來(lái)產(chǎn)生耳機(jī)放大器正電源電壓。

充電泵對(duì)放大器正電源電壓進(jìn)行反相，并產(chǎn)生放大器負(fù)電源電壓，這樣便讓耳機(jī)放大器輸出可以集中于0V，音頻信號(hào)幅值較低時(shí)，降壓轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生一個(gè)低放大器負(fù)電源電壓。

這樣便在播放低噪聲、高保真音頻的同時(shí)最小化了G類放大器的功耗，相比傳統(tǒng)的AB類耳機(jī)放大器，G類放大器擁有更高的效率。

該類功放的放大原理與AB類功放放大相同，一個(gè)重要特點(diǎn)是供電部分采用兩組或者多組電壓，低功率運(yùn)行使用低電壓，高功率自動(dòng)切換到高電壓。

06

H類功放

該類功放的放大電路部分與AB類功放的原理相同，但是供電部分采用可調(diào)節(jié)多級(jí)輸出電壓的開關(guān)電源，自動(dòng)檢測(cè)輸出功率進(jìn)行供電電壓的選擇。

07

K類功放

K類功放是集成了內(nèi)部自舉升壓電路和各種功放電路，大家都知道D類功放只是眾多功放電路中其中一種效率比較高的數(shù)字功放。

而K類功放只是根據(jù)需要將內(nèi)部集成的自舉升壓電路和所需求的功放電路，如果需求效率高就加D類功放，要音質(zhì)好就加AB類功放。

08

T類功放

該類功放的原理與D類功放的原理相同，但是信號(hào)部分采用DDP技術(shù)(核心是小信號(hào)的適應(yīng)算法和預(yù)測(cè)算法)。

工作原理如下：音頻信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流全部經(jīng)過DDP進(jìn)行運(yùn)算處理后控制大功率高頻晶體管的導(dǎo)通或者關(guān)閉，從而達(dá)到音頻信號(hào)的高保真線性放大。

該類功放具有效率高、失真小，音質(zhì)可以與AB類功放媲美的一類功放。

上圖是TA2020的內(nèi)部模塊構(gòu)造，從上圖上可以看出，該芯片內(nèi)部主要集中了處理和調(diào)制模塊，從而實(shí)現(xiàn)高品質(zhì)音頻的特性。

09

TD類功放

該類音頻功放的放大部分與AB類功放原理相同，但是供電部分采用完全獨(dú)立的高精度可調(diào)節(jié)無(wú)級(jí)輸出的可調(diào)節(jié)數(shù)字電源，電壓遞進(jìn)值為0.1V，自動(dòng)檢測(cè)功率來(lái)調(diào)節(jié)電壓的升高或者降低。

該類功放由于需要高精度可調(diào)節(jié)的數(shù)字電源，需要對(duì)電源有專門的設(shè)計(jì)，而不能集中在一個(gè)芯片上，因此，該類功放主要使用在高級(jí)音響上，而電路也比較復(fù)雜。

對(duì)于后面6、7、9類功放，需要特殊的電源，因此不能將功能集中在一片IC上，而對(duì)于經(jīng)典的A類，B類，AB類和D類功放有專門的IC。

在我們的實(shí)際設(shè)計(jì)中，需要各種類型的，應(yīng)用在不同領(lǐng)域的功放電路，只需要以此為基礎(chǔ)，外加相應(yīng)的電源或者處理模塊。