A类 B类 AB类 D类功放

Allevi · 发表于 2018-12-24 10:04

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A类 B类 AB类 D类功放

首先根据功放不同的放大类型可分为：Class A（A类也称甲类）、Class B（B类也称乙类）、Class AB（AB类也称甲乙类）、Class D（D类也称数字类）。以上都是汽车上常见的功放器.....
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，但失真率极低。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高级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%，但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一点点的交越失真，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。

A类 B类 D类放大器的优缺点

当数字音频数据处理完毕，成为模拟声音讯号后，须加以放大输出，因此放大IC也是攸关音质高低的重要环节。

不过放大技术与音质的关连性，却不能完全以音质的角度出发，以传统的ClassA/AB放大技术来看，A类放大的音质最好，其原理是纯粹的以模拟讯号进行线性放大，音质没有失真。
不过，A类放大虽具有最佳的信号传真性，但是却相当耗电，一般来说，电能利用率只有20%~30%，例如供应100W电力给A类放大装置，最后真正输出到喇叭发声功率的只有25W左右，其余的75W通通耗掉，除了电力效率不佳，高耗能也代表会产生高废热，常需要再放大晶体管上配装大型的散热片辅助散热。对手持式装置来说，高功耗与高热都是设计上的原罪，开发者避之唯恐不及。

另一种B类放大设计，虽省电性较佳，但信号失真影响音质甚巨，因此衍生兼具两者优点的AB类放大，在音质与省电性取得较能接受的均衡点，过去成为消费性音响领域最受欢迎的放大方式。
但目前在数字播放装置，越来越讲求整体电路配置空间缩小，并且降低功耗让产品更省电，以维持电池续航力等种种发展趋势下，于1958年就提出的D类放大(Class D Audio Power Amplifier)，目前成为当红炸子鸡。

D类放大利用的原理为PWM(Pulse Width Modulation)，作用方式类似于主板上交换式电源概念，即利用数字频率波型的疏密来输出模拟振幅的高低大小，频率密则振幅高，反之频率疏时则振幅降低。也因此运作模式，D类放大意被称为数字式功率放大或数字功放。

D类放大省略了传统AB类晶体放大，在做成大功率机型时所需的大型变压器、超大滤波电容，可改以小电容与类似交换式电源供应模式(Switching Power)的小型变压器取代，使得电能可以快速直接地驱动喇叭单体，此运作模式提供极高的电能利用率，纯理论上是100%运用，实务上电能利用率也经常在80%、90%水平。

由上述驱动模式即可发现，D类放大电路当然在工作时不易产生高热，所以可以免掉占空间的散热片，此外，由于采用PWM模式，D类放大电路所需的体积，会比传统的功率放大线路小了许多，成本也较低，加上低耗热优点，D类放大线路非常适合塞在小空间里。
不过以音质的角度检视，D类放大的缺点是以调变程序所形成的放大，其结果必然与原始信号有些出入，但在一般消费性产品的音乐播放上，其质量可被接受，甚至在目前的技术下，D类放大的音质越来越好，特别是在低瓦数的状况下。

例如，以采用D类放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5设计方案，与同等级AB类放大输入比较，在1KHz、接4Ω负载时，80W以下区域，D类放大的THD+N实际上是低于AB类放大器，而在60W附近，D类放大的THD+N更是进步到了0.005%的水平。
只有在80W到140W区域，AB类放大的性能才稍高过D类放大，不过即使到的120W，D类放大的THD仍不超过1%。对于大部份数字音效装置来说，很少用到高功率，低功率的情况比较常见，此时D类放大的反而占有音质优势。

D类放大的优劣评估，在于供电抑制率(Power Supply Rejection Rate; PSRR)以dB为单位，PSRR必须尽可能高。对于音质方面，则为总谐波失真加噪讯比(THD+N)要求，此点以百分比(%)为单位，THD+N则是尽量低，一般不超过10%，高标要求上还要低于0.1%、0.01%。不过THD+N建议与负载阻抗RI、输出功率(Output Power)、PWM的调变频率(f)等作比较，才能准确判断。

此外，D类放大有独特的电子特性，因此在音质评估时，必须注意EMI电磁干扰问题。因D类放大IC会持续、频繁地进行晶体管的导通、关闭作业，所以很容易产生电磁干扰，对于音质当然有不利影响。因此越能降低电磁干扰散发度的产品越好，不过此点在空间与成本许可的情况下，可用金属外壳加强屏蔽。
此外，许多D类放大IC在省电性、控制性、体积缩小、弹性、保护能力上都有所著墨，形成各家的特色，大部份与音质没有太大的关系，不过有些设计如果太过头，对于音质就会有影响。

例如一些D类放大IC减少后段的LC低通滤波电路质量，如使用更小的电容，或根本省去电容(Cap-Free)，甚至有些设计连外接电感都一?省去(LC-Free、Filter-Free)，直接将扬声器的的音圈之漏电感来充当LC用，当然，此种D类放大IC能够达到相当小的体积，因其输出接脚可与喇叭、耳机直接相连。
虽此种设计方式可将体积缩至极小，但高频部份未经过滤就直接输出，喇叭不易将20KHz以上的频率发声，即便发出人耳也听不到的20KHz以上的频率，但如果省过头，也可能对可听范围内的音质产生负面影响，D类放大IC的提供商有ADI, Cirrus Logic, MAXIM, Motorola, NS, Philips, Sanyo, ST, TI, TriPath等。

gaoxings · 发表于 2018-12-24 10:49

好东东

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