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1420,第4章 功率放大器,4.1 功率放大器的基本组成,4.2 前置放大器,4.3 图示均衡器,4.4 功率放大器,返回,4.1 功率放大器的基本组成,1输出功率要大 输出功率越大，扬声器发出的声音也就越大。 2效率要高 扬声器获得的功率与电源提供的功率之比称为功率放大器的效率。功率放大器的效率越高越好。 3非线性失真要小 由于功率放大器中信号的动态范围很大，功放管工作在接近截止和饱和状态，超出了特性曲线的线性范围，必须设法减小非线性失真。,4.1.1 功率放大器的基本要求,4.1 功率放大器的基本组成,放大器由前置放大器和功率放大器两部分组成 1前置放大器的组成 （1）功能：1）选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；2）还要进行各种音质控制，以美化声音。 （2）组成：1）音源选择；2）输入放大；3）音质控制。 2功率放大器的组成 （1）功能：对音频信号进行不失真的功率放大。 （2）组成：1）激励级。 2）输出级。3）保护电路。,4.1.1 功率放大器的基本要求,4.1 功率放大器的基本组成,功率放大器最主要的性能指标有下面几项。 1过载音源电动势。 2有效频率范围。 3总谐波失真（THD）。 4输出功率。,4.1.2 功率放大器的主要技术指标,4.2 前置放大器,功能：1）将各种音源送出的较微弱的电信号进行电压放大； 2）对重放声音的音量、音调和立体声状态等进行调控。 组成与要求： 1）组成：典型前置放大器的电路组成如图所示。 2）要求：信噪比要高、谐波失真度要小、输入阻抗要高、输出阻抗要低、立体声通道的一致性要好、声道的隔离度要高。,4.2.1 前置放大器的基本要求,4.2 前置放大器,功能：用于音源与前置放大器的选通。 飞利浦公司生产的TDA1029音源电子开关电路如图所示。该音源电子开关可以对输入的4组立体声信号进行选通。,4.2.2 音源选择电路,4.2 前置放大器,1单管前置放大电路 常采用交流负反馈型共射放大电路和射极跟随器电路。 2双管前置放大电路 可使放大器的增益得到提高。电路如图所示。,4.2.3 前置放大器电路,4.2 前置放大器,3集成电路小信号音频电压放大电路 在中、高档音响中普遍采用集成电路作为输入放大器。 这些集成电路的特点是增益高，噪声小，含有补偿电路，双通道一致性好，电路简单，安装、调试方便。 由集成电路构成的反馈式均衡放大电路及低中高频时的等效电路如图所示。,4.2.3 前置放大器电路,4.2 前置放大器,功能：调节馈入功放的信号电平，以控制扬声器的输出音量。 种类：1）电位器控制；2）电子控制。 1双声道电位器音量控制电路：采用双联同轴的指数型电位器构成分压电路，直接控制信号电平。 2电子音量控制电路：采用间接方式控制音量大小，可以克服电位器音量控制电路的缺点。偏流调节型音量控制电路如下图右图所示。,4.2.4 音量控制电路,4.2 前置放大器,作用：用来对音频信号各频段内的信号进行提升或衰减控制。 1RC衰减式音调控制电路 RP1是低音控制电位器。调节RP1对中音和高音的影响不大，而对低频信号的影响较显著；RP2是高音控制电位器。调节RP2对中音和低音的影响不大，而对高频信号的影响较显著。,4.2.5 音调控制电路,4.2 前置放大器,2RC负反馈式音调控制电路 RP1是低音控制电位器，当动片滑到最左端时，低音呈最大提升状态；动片滑动到最右端时，低音呈最大衰减状态；动片在中间位置时，对低音不提升也不衰减。RP2是高音控制电位器，当动片滑到最左端时,对高音呈最大提升状态，当动片滑到中间位置时对高音无衰减作用也无提升作用。,4.2.5 音调控制电路,4.2 前置放大器,功能：在小音量放送音乐时利用频率补偿网络适当提升低音和高音分量，以弥补人耳听觉缺陷，达到较好的听音效果。 1抽头电位器响度控制电路 抽头电位器响度控制电路原理如图所示。 R1，C1，C2和抽头电位器组成频率补偿网络，电位器滑动触点既能控制输出音量，又能实现响度控制。,4.2.6 等响度控制电路,4.2 前置放大器,2独立的响度控制电路 独立于音量控制的响度控制电路，应用于在音量遥控的音响系统中，电路中的响度控制开关（图中S1）由遥控电路控制。 当S1置于ON位置时，响度控制电路具有低音补偿作用，在不同音量的情况下具有相同的低音提升量；当S1置于OFF位置时，电容C1被短路，因而电路无响度频率补偿作用。,4.2.6 等响度控制电路,4.2 前置放大器,作用： 用来调整左、右声道增益，使两声道增益相等，即用来校正左右声道的音量差别，使左右扬声器声级平衡。,4.2.7 平衡控制电路,4.2 前置放大器,TA7630P是一种专用的音质控制集成电路。 功能： 利用直流电压通过电位器间接实现响度、音调及平衡控制。 特点： 采用电子控制的方法，利用直流电压通过电位器间接实现响度、音调及平衡控制，可避免直接控制会产生转动噪声和容易感应交流干扰的缺点。,4.2.8 音质控制集成电路 TA7630P,4.2 前置放大器,（3）TA7630P引脚功能：,4.2.8 音质控制集成电路 TA7630P,4.2 前置放大器,（4）TA7630P应用电路：,4.2.8 音质控制集成电路 TA7630P,4.2 前置放大器,TA7666P是双声道5级电平指示驱动集成电路。 功能： 可根据输入两路音频信号的峰值大小来驱动52只两列发光二极管的数目，进行双声道电平指示。 特点： 1）双声道 5 级电平指示，可以较细仔较直观地反映音频信号电平的变化情况； 2）用LED作为显示器的指示元件，具有反应速度快、指示醒目、动作可靠等特点 。,4.2.8 电平指示集成电路 TA7666P,4.2 前置放大器,（3）TA7666P双声道电平指示应用电路,4.2.8 电平指示集成电路 TA7666P,4.3 图示均衡器,图示均衡器GEQ（Graphic Equalizer），亦称多段频率音调控制电路。 功能：可以对整个音频范围内以若干个频率点为中心的频段分别进行提升或衰减的控制，从而实现对音质的精细调整。 种类：根据分段的多少可以分为：5段、7段、10段、15段、27段、31段等几种。 各个频率点的分布：可以根据1/3倍频、2/3倍频、2倍频或3倍频进行变化。 例：按照3倍频变化的5段频率图示均衡器的频率点为：100Hz，330Hz，1kHz，3.3kHz，10kHz。,4.3 图示均衡器,1.组成：LC串联谐振式的图示均衡电路如图所示。 2.原理： LC串联谐振支路：对其谐振频率f0的信号呈现最小阻抗。 中心频率f0为：100 Hz，330Hz，1kHz，3.3kHz，10kHz 。 RP1RP5：可分别对各频率点信号的输出进行衰减或提升。,4.3.1 图示均衡器的电路组成,4.3 图示均衡器,因为大电感元件不仅体积较大，还因易感应交流干扰和需用铁芯，在大信号时会有磁饱和失真并产生寄生相移，因此在中、高档录音座中不宜采用。采用运算放大器或晶体管放大器构成模拟电感，来代替实际中的大电感线圈。 模拟电感电路如下图所示：,4.3.2 模拟电感原理,4.3 图示均衡器,利用运算放大器输出端与同相输入端之间的电容引入正反馈，使输入阻抗呈感性变化，这时，运算放大器输入端可等效为一个电感L和一个电阻R的串联，其中电感的电感量L R1R2C，通常R1，R2的数值不变，而要改变L的电感量，一般是通过改变C的容量来实现。,4.3.2 模拟电感原理,4.3 图示均衡器,在图中，因为运放输入端的输入电压和输入电流都为0，则： UR1UC；ICIR2；UCUi(jXC)/(R2jXC)Ui/(1+jR2C)。 同时，各元件的取值满足R2R1、XC R1的要求(例如，R11.2 k，R268 k，C 0.033F)。 因此有：ICIR2IR1；Ii|IR1+IC|IR1；IR1UR1/R1UC/R1Ui/R1(1+jR2C)Ui/(R1+jR1R2C)。,4.3.2 模拟电感原理,4.3 图示均衡器,所以，该电路的输入阻抗为: ZiUi/IiUi/(|IR1+IC|)Ui/IR1R1(1+jR2C)R1+jR1R2C 设LR1R2C，则ZiR1+jL 由此可得到模拟电感所对应的等效电路，其中LR1R2C为模拟电感的值。,4.3.2 模拟电感原理,4.3 图示均衡器,TA7796P为5段图示均衡器专用集成电路。 功能：可以对：100 Hz，330 Hz，1 kHz，3.3 kHz，10 kHz的信号进行提升或衰减。 TA7796P应用电路如下：,4.3.3 典型图示均衡器电路TA7796P,4.3 图示均衡器,TA7796P图示均衡器工作原理： TA7796P交流等效电路如下：,4.3.3 典型图示均衡器电路TA7796P,4.3 图示均衡器,1. 功能： 数字式图示均衡器采用了控制数字滤波器的方法来调节各个频段的信号和增益。 2. 特点： 信噪比很高（可达100 dB左右），失真度极低，可作信号的频谱分析，可记忆多条均衡曲线供选择使用。 3. 电路组成： 数字式频率均衡器的电路框图如图所示。,4.3.4 数字式图示均衡器,4.3 图示均衡器,4. 工作原理： 左右声道的输入信号首先通过A/D转换器，将模拟信号转换成数字信号；然后经过衰减器和频段选择调节器，对所选频段的数字信号进行衰减调节，再配合高通及低通滤波器、延迟电路，实现对音频数字信号的频率调节；最后经D/A转换器，将数字信号转换为模拟信号输出。,4.3.4 数字式图示均衡器,4.4 功率放大器,功放种类：汽电101 10.13 （1）按输出级与扬声器的连接方式分类有：变压器耦合、OTL 电路、OCL电路、BTL电路等； （2）按功放管的工作状态分类有：甲类、乙类、甲乙类、超甲类、新甲类等； （3）按所用的有源器件分类有：晶体管功率放大器、场效应管功率放大器、集成电路功率放大器及电子管功率放大器等。,4.4 功率放大器,OTL（Output Transformer Less）电路称为无输出变压器功放电路。是一种输出级与扬声器之间采用电容耦合而无输出变压器的功放电路。 特点：采用单电源供电方式，输出端直流电位为电源电压的一半；输出端与负载之间采用大容量电容耦合，扬声器一端接地；具有恒压输出特性，允许扬声器阻抗在4 ，8 ，16 之中选择，最大输出电压的振幅为电源电压的一半，即1/2Vcc，额定输出功率约为V2cc /（8RL）；输出端的耦合电容对频响也有一定影响。,4.4.1 OTL功放电路,4.4 功率放大器,（2）OTL电路结构： V1和V2配对，一只为NPN型，另一只为PNP型；输出端中点电位为电源电压的一半， VoVcc/2；功放输出与负载（扬声器）之间采用大电容耦合。,4.4.1 OTL功放电路,4.4 功率放大器,（3）OTL电路原理： 1）在输入信号正半周时，V1导通，电流自Vcc经V1为电容C充电，经过负载电阻RL到地，在RL上产生正半周的输出电压。,4.4.1 OTL功放电路,4.4 功率放大器,2）在输入信号的负半周时，V2导通，电容C通过V2和RL放电，在RL上产生负半周的输出电压。 只要电容C的容量足够大，可将其视为一个恒压源，无论信号如何，电容C上的电压几乎保持不变。,4.4.1 OTL功放电路,4.4 功率放大器,2典型OTL功放电路,4.4.1 OTL功放电路,汽电103 10.13,4.4 功率放大器,1OCL电路原理 OCL（Output Condensert Less）称为无输出电容功放电路。 （1） OCL电路结构：采用双电源供电方式；省去了输出耦合电容。,4.4.2 OCL功放电路,4.4 功率放大器,（2） OCL电路原理：（与OTL基本相同） 在输入信号正半周时，V1导通，电流自Vcc1经V1，经过负载电阻RL到地构成回路，在RL上产生正半周的输出电压。 在输入信号的负半周时，V2导通，电流自Vcc2通过V2和RL构成回路，在RL上产生负半周的输出电压。,4.4.2 OCL功放电路,4.4 功率放大器,（3）OCL电路特点： 采用双电源供电方式，输出端直流电位为零；由于没有输出电容，低频特性很好；扬声器一端接地，一端直接与放大器输出端连接，因此须设置保护电路；具有恒压输出特性，允许选择4 、8 或16 负载；最大输出电压振幅为正负电源值，额定输出功率约为V2 cc /（2RL）。,4.4.2 OCL功放电路,4.4 功率放大器,2典型OCL功放电路,4.4.2 OCL功放电路,4.4 功率放大器,1BTL电路原理 BTL（Balanced Transformer Less）平衡桥式功放。 （1）BTL电路结构： 电路由两组对称的OTL或OCL电路组成；扬声器接在两组OTL或OCL电路输出端之间，即扬声器两端都不接地。,4.4.3 BTL功放电路,4.4 功率放大器,（2）BTL电路原理： V1和V2是一组OCL电路输出级，V3和V4 是另一组OCL电路输出级。 两组功放的两个输入信号的大小相等、方向相反。 输入信号+ui为正半周而ui为负半周时，V1，V4导通，V2，V3截止，此时负载上的电流通路从左到右。 反之，V1，V4截止，V2，V3导通，此时负载上的电流通路从右到左。,4.4.3 BTL功放电路,4.4 功率放大器,（3）BTL电路特点： 可采用单电源供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器；与OTL、OCL电路相比，在相同电源电压、相同负载情况下，BTL电路输出电压可增大一倍，输出功率可增大四倍，这意味着在较低的电源电压时也可获得较大的输出功率；一路通道要有二组功放对，且扬声器没有接地端，给检修工作带来不便。,4.4.3 BTL功放电路,4.4 功率放大器,2典型BTL功放电路,4.4.3 BTL功放电路,4.4 功率放大器,特点：新型功率放大器兼有甲类功放的低失真和乙类功放的高效率特点。 1超甲类功率放大器 （1）基本思想： 采用动态偏置，使互补输出级电路始终不进入截止状态，从而避免了交越失真和开关失真。 （2）电路特点： 效率高，是因为输出级仍采用互补推挽方式；低失真，是因为采用动态偏置。 （3）电路结构组成： 由二部分组成：互补推挽输出电路；动态偏置电路。 （该电路的关键是采取动态偏置）,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,（4）电路原理： 互补输出级：由V7V10构成互补推挽输出级，（使电路效率高）。 动态偏置电路：虚线框内部分构成动态偏置电路，（使输出级电路始终不进入截止状态）。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,在动态偏置电路中： V1和V2组成电流/电压转换电路。 V3V6和VD1, VD2构成输出级电流检测电路。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,2新甲类功率放大器 新甲类功率放大器采用同步偏置方式，让输出级晶体管的基极电位随信号大小而浮动，从而保证输出级电路始终不进入截止状态。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,（3）电路原理： a）互补输出级：由V3V3构成互补推挽输出级。 b）V11和V12构成互补型恒压器，为V1V6提供恒定偏压U1； V13和V14构成另一个互补型恒压器，为V3V6提供恒定偏压U2和U3。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,c）输出级静态偏置电流由U1, U2和U3共同决定。并调节RP1和RP2，使静态时VD1VD4均处于导通状态，输出级V3V6处于微导通状态。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,d）当端输入信号处于正半周时，VD1和VD3导通，VD2和VD4截止，V1, V3和V5电流增大，端输出信号电压增大。由于U3的恒压作用，端V4基极电位通过VD4和U3随5端信号大小而浮动，从而使V4, V6维持在微导通状态，始终不进入截止状态。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,e）当端输入信号处于负半周时，VD2, VD4导通，VD1, VD3截止，V2, V4, V6电流增大，端电位通过VD3和U2随端信号大小而浮动，使V3, V5始终不进入截止状态。,4.4.4 新型功率放大器,4.4 功率放大器,作用： 防止在强信号输入或输出负载短路时，大电流烧坏功放输出管