功率放大器原理

一 、 功 率 放 大 器 简 介 利 用 三 极 管 的 电 流 控 制 作 用 或 场 效 应 管 的 电 压 控 制 作 用 将 电 源 的 功 率 转 换 为 按 照 输 入 信 号 变 化 的 电 流 。 因 为 声 音 是 不 同 振 幅 和 不 同 频 率 的 波 ， 即 交 流 信 号 电 流 ， 三 极 管 的 集 电 极 电 流 永 远 是 基 极 电 流 的 倍 ， 是 三 极 管 的 交 流 放 大 倍 数 ， 应 用 这 一 点 ， 若 将 小 信 号 注 入 基 极 ， 则 集 电 极 流 过 的 电 流 会 等 于 基 极 电 流 的 倍 ， 然 后 将 这 个 信 号 用 隔 直 电 容 隔 离 出 来 ， 就 得 到 了 电 流 (或 电 压 )是 原 先 的 倍 的 大 信 号 ， 这 现 象 成 为 三 极 管 的 放 大 作 用 。 经 过 不 断 的 电 流 及 电 压 放 大 ， 就 完 成 了 功 率 放 大 。 编 辑 本 段 二 、 功 率 放 大 器 种 类 传 统 的 数 字 语 音 回 放 系 统 包 含 两 个 主 要 过 程 ： （ 1） 数 字 语 音 数 据 到 模 拟 语 音 信 号 的 变 换 (利 用 高 精 度 数 模 转 换 器 DAC)实 现 ； （ 2） 利 用 模 拟 功 率 放 大 器 进 行 模 拟 信 号 放 大 ， 如 A 类 、 B 类 和 AB 类 放 大 器 。 从 1980 年 代 早 期 ， 许 多 研 究 者 致 力 于 开 发 不 同 类 型 的 数 字 放 大 器 ， 这 种 放 大 器 直 接 从 数 字 语 音 数 据 实 现 功 率 放 大 而 不 需 要 进 行 模 拟 转 换 ， 这 样 的 放 大 器 通 常 称 作 数 字 功 率 放 大 器 或 者 D 类 放 大 器 。 1、 A 类 放 大 器 A 类 放 大 器 的 主 要 特 点 是 ： 放 大 器 的 工 作 点 Q 设 定 在 负 载 线 的 中 点 附 近 ,晶 体 管 在 输 入 信 号 的 整 个 周 期 内 均 导 通 。 放 大 器 可 单 管 工 作 ， 也 可 以 推 挽 工 作 。 由 于 放 大 器 工 作 在 特 性 曲 线 的 线 性 范 围 内 ， 所 以 瞬 态 失 真 和 交 替 失 真 较 小 。 电 路 简 单 ， 调 试 方 便 。 但 效 率 较 低 ， 晶 体 管 功 耗 大 ， 功 率 的 理 论 最 大 值 仅 有 25 ， 且 有 较 大 的 非 线 性 失 真 。 由 于 效 率 比 较 低 现 在 设 计 基 本 上 不 在 再 使 用 。 2、 B 类 放 大 器 B 类 放 大 器 的 主 要 特 点 是 ： 放 大 器 的 静 态 点 在 (VCC， 0)处 ， 当 没 有 信 号 输 入 时 ， 输 出 端 几 乎 不 消 耗 功 率 。 在 Vi 的 正 半 周 期 内 ， Q1 导 通 Q2 截 止 ， 输 出 端 正 半 周 正 弦 波 ； 同 理 ， 当 Vi 为 负 半 波 正 弦 波 (如 图 虚 线 部 分 所 示 )， 所 以 必 须 用 两 管 推 挽 工 作 。 其 特 点 是 效 率 较 高 (78%)， 但 是 因 放 大 器 有 一 段 工 作 在 非 线 性 区 域 内 ， 故 其 缺 点 是 “交 越 失 真 “较 大 。 即 当 信 号 在 -0.6V 0.6V 之 间 时 ， Q1 Q2 都 无 法 导 通 而 引 起 的 。 所 以 这 类 放 大 器 也 逐 渐 被 设 计 师 摒 弃 。 3、 AB 类 放 大 器 AB 类 放 大 器 的 主 要 特 点 是 ： 晶 体 管 的 导 通 时 间 稍 大 于 半 周 期 ， 必 须 用 两 管 推 挽 工 作 。 可 以 避 免 交 越 失 真 。 交 替 失 真 较 大 ， 可 以 抵 消 偶 次 谐 波 失 真 。 有 效 率 较 高 ， 晶 体 管 功 耗 较 小 的 特 点 。 4、 D 类 放 大 器 D 类 (数 字 音 频 功 率 )放 大 器 是 一 种 将 输 入 模 拟 音 频 信 号 或 PCM 数 字 信 息 变 换 成 PWM(脉 冲 宽 度 调 制 )或 PDM(脉 冲 密 度 调 制 )的 脉 冲 信 号 ,然 后 用 PWM 或 PDM 的 脉 冲 信 号 去 控 制 大 功 率 开 关 器 件 通 /断 音 频 功 率 放 大 器 ， 也 称 为 开 关 放 大 器 。 具 有 效 率 高 的 突 出 优 点 .数 字 音 频 功 率 放 大 器 也 看 上 去 成 是 一 个 一 比 特 的 功 率 数 模 变 换 器 .放 大 器 由 输 入 信 号 处 理 电 路 、 开 关 信 号 形 成 电 路 、 大 功 率 开 关 电 路 (半 桥 式 和 全 桥 式 )和 低 通 滤 波 器 (LC)等 四 部 分 组 成 .D 类 放 大 或 数 字 式 放 大 器 。 系 利 用 极 高 频 率 的 转 换 开 关 电 路 来 放 大 音 频 信 号 的 。 1. 具 有 很 高 的 效 率 ， 通 常 能 够 达 到 85%以 上 。 2. 体 积 小 ， 可 以 比 模 拟 的 放 大 电 路 节 省 很 大 的 空 间 。 3. 无 裂 噪 声 接 通 4. 低 失 真 ， 频 率 响 应 曲 线 好 。 外 围 元 器 件 少 ， 便 于 设 计 调 试 。 A 类 、 B 类 和 AB 类 放 大 器 是 模 拟 放 大 器 ， D 类 放 大 器 是 数 字 放 大 器 。 B 类 和 AB 类 推 挽 放 大 器 比 A 类 放 大 器 效 率 高 、 失 真 较 小 ， 功 放 晶 体 管 功 耗 较 小 ， 散 热 好 ， 但 B 类 放 大 器 在 晶 体 管 导 通 与 截 止 状 态 的 转 换 过 程 中 会 因 其 开 关 特 性 不 佳 或 因 电 路 参 数 选 择 不 当 而 产 生 交 替 失 真 。 而 D 类 放 大 器 具 有 效 率 高 低 失 真 ， 频 率 响 应 曲 线 好 。 外 围 元 器 件 少 优 点 。 AB 类 放 大 器 和 D 类 放 大 器 是 目 前 音 频 功 率 放 大 器 的 基 本 电 路 形 式 。 5、 T 类 放 大 器 T 类 功 率 放 大 器 的 功 率 输 出 电 路 和 脉 宽 调 制 D 类 功 率 放 大 器 相 同 ， 功 率 晶 体 管 也 是 工 作 在 开 关 状 态 ， 效 率 和 D 类 功 率 放 大 器 相 当 。 但 它 和 普 通 D 类 功 率 放 大 器 不 同 的 是 ： 1、 它 不 是 使 用 脉 冲 调 宽 的 方 法 ， Tripath 公 司 发 明 了 一 种 称 作 数 码 功 率 放 大 器 处 理 器 “Digital Power Processing （ DPP） ”的 数 字 功 率 技 术 ， 它 是 T 类 功 率 放 大 器 的 核 心 。 它 把 通 信 技 术 中 处 理 小 信 号 的 适 应 算 法 及 预 测 算 法 用 到 这 里 。 输 入 的 音 频 信 号 和 进 入 扬 声 器 的 电 流 经 过 DPP 数 字 处 理 后 ， 用 于 控 制 功 率 晶 体 管 的 导 通 关 闭 。 从 而 使 音 质 达 到 高 保 真 线 性 放 大 。 2、 它 的 功 率 晶 体 管 的 切 换 频 率 不 是 固 定 的 ， 无 用 分 量 的 功 率 谱 并 不 是 集 中 在 载 频 两 侧 狭 窄 的 频 带 内 ， 而 是 散 布 在 很 宽 的 频 带 上 。 使 声 音 的 细 节 在 整 个 频 带 上 都 清 晰 可 “闻 ”。 3、 此 外 ， T 类 功 率 放 大 器 的 动 态 范 围 更 宽 ， 频 率 响 应 平 坦 。 DDP 的 出 现 ， 把 数 字 时 代 的 功 率 放 大 器 推 到 一 个 新 的 高 度 。 在 高 保 真 方 面 ， 线 性 度 与 传 统 AB 类 功 放 相 比 有 过 之 而 无 不 及 。 编 辑 本 段 三 、 功 率 放 大 器 的 组 成 射 频 功 率 放 大 器 （ RF PA） 是 各 种 无 线 发 射 机 的 重 要 组 成 部 分 。 在 发 射 机 的 前 级 电 路 中 ， 调 制 振 荡 电 路 所 产 生 的 射 频 信 号 功 率 很 小 ， 需 要 经 过 一 系 列 的 放 大 一 缓 冲 级 、 中 间 放 大 级 、 末 级 功 率 放 大 级 ， 获 得 足 够 的 射 频 功 率 以 后 ， 才 能 馈 送 到 天 线 上 辐 射 出 去 。 为 了 获 得 足 够 大 的 射 频 输 出 功 率 ， 必 须 采 用 射 频 功 率 放 大 器 。 射 频 功 率 放 大 器 是 发 送 设 备 的 重 要 组 成 部 分 。 射 频 功 率 放 大 器 的 主 要 技 术 指 标 是 输 出 功 率 与 效 率 。 除 此 之 外 ， 输 出 中 的 谐 波 分 量 还 应 该 尽 可 能 地 小 ， 以 避 免 对 其 他 频 道 产 生 干 扰 。 编 辑 本 段 四 、 功 率 放 大 器 选 购 1选 择 功 率 放 大 器 的 时 候 ， 首 先 要 注 意 它 的 一 些 技 术 指 标 ： 1、 输 入 阻 抗 ： 通 常 表 示 功 率 放 大 器 的 抗 干 扰 能 力 的 大 小 ， 一 般 会 在 5000-15000 ， 数 值 越 大 表 示 抗 干 扰 能 力 越 强 ； 2、 失 真 度 ： 指 输 出 信 号 同 输 入 信 号 相 比 的 失 真 程 度 ， 数 值 越 小 质 量 越 好 ， 一 般 在 0.05 以 下 ； 3、 信 噪 比 ： 是 指 输 出 信 号 当 中 音 乐 信 号 和 噪 音 信 号 之 间 的 比 例 ， 数 值 越 大 代 表 声 音 越 干 净 。 另 外 ， 在 选 购 功 率 放 大 器 的 时 候 还 要 明 确 自 己 的 购 买 意 愿 ， 如 果 您 希 望 加 装 低 音 炮 ， 最 好 购 买 5 声 道 的 功 放 ， 通 常 2 声 道 和 4 声 道 扬 声 器 只 能 推 动 前 后 扬 声 器 ， 而 低 音 炮 只 能 再 另 配 功 放 ， 5 声 道 功 放 就 可 以 解 决 这 个 问 题 ， 功 率 放 大 器 的 输 出 功 率 也 要 尽 量 大 于 扬 声 器 的 额 定 功 率 。 编 辑 本 段 五 、 功 率 放 大 器 原 理 高 频 功 率 放 大 器 用 于 发 射 机 的 末 级 ， 作 用 是 将 高 频 已 调 波 信 号 进 行 功 率 放 大 ， 以 满 足 发 送 功 率 的 要 求 ， 然 后 经 过 天 线 将 其 辐 射 到 空 间 ， 保 证 在 一 定 区 域 内 的 接 收 机 可 以 接 收 到 满 意 的 信 号 电 平 ， 并 且 不 干 扰 相 邻 信 道 的 通 信 。 高 频 功 率 放 大 器 是 通 信 系 统 中 发 送 装 置 的 重 要 组 件 。 按 其 工 作 频 带 的 宽 窄 划 分 为 窄 带 高 频 功 率 放 大 器 和 宽 带 高 频 功 率 放 大 器 两 种 ， 窄 带 高 频 功 率 放 大 器 通 常 以 具 有 选 频 滤 波 作 用 的 选 频 电 路 作 为 输 出 回 路 ， 故 又 称 为 调 谐 功 率 放 大 器 或 谐 振 功 率 放 大 器 ； 宽 带 高 频 功 率 放 大 器 的 输 出 电 路 则 是 传 输 线 变 压 器 或 其 他 宽 带 匹 配 电 路 ， 因 此 又 称 为 非 调 谐 功 率 放 大 器 。 高 频 功 率 放 大 器 是 一 种 能 量 转 换 器 件 ， 它 将 电 源 供 给 的 直 流 能 量 转 换 成 为 高 频 交 流 输 出 。 在 “低 频 电 子 线 路 ”课 程 中 已 知 ， 放 大 器 可 以 按 照 电 流 导 通 角 的 不 同 ， 将 其 分 为 甲 、 乙 、 丙 三 类 工 作 状 态 。 甲 类 放 大 器 电 流 的 流 通 角 为 360o， 适 用 于 小 信 号 低 功 率 放 大 。 乙 类 放 大 器 电 流 的 流 通 角 约 等 于 180o； 丙 类 放 大 器 电 流 的 流 通 角 则 小 于 180o。 乙 类 和 丙 类 都 适 用 于 大 功 率 工 作 。 丙 类 工 作 状 态 的 输 出 功 率 和 效 率 是 三 种 工 作 状 态 中 最 高 者 。 高 频 功 率 放 大 器 大 多 工 作 于 丙 类 。 但 丙 类 放 大 器 的 电 流 波 形 失 真 太 大 ， 因 而 不 能 用 于 低 频 功 率 放 大 ， 只 能 用 于 采 用 调 谐 回 路 作 为 负 载 的 谐 振 功 率 放 大 。 由 于 调 谐 回 路 具 有 滤 波 能 力 ， 回 路 电 流 与 电 压 仍 然 极 近 于 正 弦 波 形 ， 失 真 很 小 。 除 了 以 上 几 种 按 电 流 流 通 角 来 分 类 的 工 作 状 态 外 ， 又 有 使 电 子 器 件 工 作 于 开 关 状 态 的 丁 类 放 大 和 戊 类 放 大 。 丁 类 放 大 器 的 效 率 比 丙 类 放 大 器 的 还 高 ， 理 论 上 可 达 100 ， 但 它 的 最 高 工 作 频 率 受 到 开 关 转 换 瞬 间 所 产 生 的 器 件 功 耗 (集 电 极 耗 散 功 率 或 阳 极 耗 散 功 率 ） 的 限 制 。 如 果 在 电 路 上 加 以 改 进 ， 使 电 子 器 件 在 通 断 转 换 瞬 间 的 功 耗 尽 量 减 小 ， 则 工 作 频 率 可 以 提 高 。 这 就 是 戊 类 放 大 器 。 我 们 已 经 知 道 ， 在 低 频 放 大 电 路 中 为 了 获 得 足 够 大 的 低 频 输 出 功 率 ， 必 须 采 用 低 频 功 率 放 大 器 ， 而 且 低 频 功 率 放 大 器 也 是 一 种 将 直 流 电 源 提 供 的 能 量 转 换 为 交 流 输 出 的 能 量 转 换 器 。 高 频 功 率 放 大 器 和 低 频 功 率 放 大 器 的 共 同 特 点 都 是 输 出 功 率 大 和 效 率 高 ， 但 二 者 的 工 作 频 率 和 相 对 频 带 宽 度 却 相 差 很 大 ， 决 定 了 他 们 之 间 有 着 本 质 的 区 别 。 低 频 功 率 放 大 器 的 工 作 频 率 低 ， 但 相 对 频 带 宽 度 却 很 宽 。 例 如 ， 自 20 至 20000 Hz， 高 低 频 率 之 比 达 1000 倍 。 因 此 它 们 都 是 采 用 无 调 谐 负 载 ， 如 电 阻 、 变 压 器 等 。 高 频 功 率 放 大 器 的 工 作 频 率 高 （ 由 几 百 kHz 一 直 到 几 百 、 几 千 甚 至 几 万 MHz） ， 但 相 对 频 带 很 窄 。 例 如 ， 调 幅 广 播 电 台 （ 535 1605 kHz 的 频 段 范 围 ） 的 频 带 宽 度 为 10 kHz， 如 中 心 频 率 取 为 1000 kHz， 则 相 对 频 宽 只 相 当 于 中 心 频 率 的 百 分 之 一 。 中 心 频 率 越 高 ， 则 相 对 频 宽 越 小 。 因 此 ， 高 频 功 率 放 大 器 一 般 都 采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路 。 由 于 这 后 一 特 点 ， 使 得 这 两 种 放 大 器 所 选 用 的 工 作 状 态 不 同 ： 低 频 功 率 放 大 器 可 工 作 于 甲 类 、 甲 乙 类 或 乙 类 （ 限 于 推 挽 电 路 ） 状 态 ； 高 频 功 率 放 大 器 则 一 般 都 工 作 于 丙 类 （ 某 些 特 殊 情 况 可 工 作 于 乙 类 ） 。 近 年 来 ， 宽 频 带 发 射 机 的 各 中 间 级 还 广 泛 采 用 一 种 新 型 的 宽 带 高 频 功 率 放 大 器 ， 它 不 采 用 选 频 网 络 作 为 负 载 回 路 ， 而 是 以 频 率 响 应 很 宽 的 传 输 线 作 负 载 。 这 样 ， 它 可 以 在 很 宽 的 范 围 内 变 换 工 作 频 率 ， 而 不 必 重 新 调 谐 。 综 上 所 述 可 见 ， 高 频 功 率 放 大 器 与 低 频 功 率 放 大 器 的 共 同 之 点 是 要 求 输 出 功 率 大 ， 效 率 高 ； 它 们 的 不 同 之 点 则 是 二 者 的 工 作 频 率 与 相 对 频 宽 不 同 ， 因 而 负 载 网 络 和 工 作 状 态 也 不 同 。 高 频 功 率 放 大 器 的 主 要 技 术 指 标 有 ： 输 出 功 率 、 效 率 、 功 率 增 益 、 带 宽 和 谐 波 抑 制 度 （ 或 信 号 失 真 度 ） 等 。 这 几 项 指 标 要 求 是 互 相 矛 盾 的 ， 在 设 计 放 大 器 时 应 根 据 具 体 要 求 ， 突 出 一 些 指 标 ， 兼 顾 其 他 一 些 指 标 。 例 如 实 际 中 有 些 电 路 ， 防 止 干 扰 是 主 要 矛 盾 ， 对 谐 波 抑 制 度 要 求 较 高 ， 而 对 带 宽 要 求 可 适 当 降 低 等 。 功 率 放 大 器 的 效 率 是 一 个 突 出 的 问 题 ， 其 效 率 的 高 低 与 放 大 器 的 工 作 状 态 有 直 接 的 关 系 。 放 大 器 的 工 作 状 态 可 分 为 甲 类 、 乙 类 和 丙 类 等 。 为 了 提 高 放 大 器 的 工 作 效 率 ， 它 通 常 工 作 在 乙 类 、 丙 类 ， 即 晶 体 管 工 作 延 伸 到 非 线 性 区 域 。 但 这 些 工 作 状 态 下 的 放 大 器 的 输 出 电 流 与 输 出 电 压 间 存 在 很 严 重 的 非 线 性 失 真 。 低 频 功 率 放 大 器 因 其 信 号 的 频 率 覆 盖 系 数 大 ， 不 能 采 用 谐 振 回 路 作 负 载 ， 因 此 一 般 工 作 在 甲 类 状 态 ； 采 用 推 挽 电 路 时 可 以 工 作 在 乙 类 。 高 频 功 率 放 大 器 因 其 信 号 的 频 率 覆 盖 系 数 小 ， 可 以 采 用 谐 振 回 路 作 负 载 ， 故 通 常 工 作 在 丙 类 ， 通 过 谐 振 回 路 的 选 频 功 能 ， 可 以 滤 除 放 大 器 集 电 极 电 流 中 的 谐 波 成 分 ， 选 出 基 波 分 量 从 而 基 本 消 除 了 非 线 性 失 真 。 所 以 ， 高 频 功 率 放 大 器 具 有 比 低 频 功 率 放 大 器 更 高 的 效 率 。 高 频 功 率 放 大 器 因 工 作 于 大 信 号 的 非 线 性 状 态 ， 不 能 用 线 性 等 效 电 路 分 析 ， 工 程 上 普 遍 采 用 解 析 近 似 分 析 方 法 折 线 法 来 分 析 其 工 作 原 理 和 工 作 状 态 。 这 种 分 析 方 法 的 物 理 概 念 清 楚 ， 分 析 工 作 状 态 方 便 ， 但 计 算 准 确 度 较 低 。 以 上 讨 论 的 各 类 高 频 功 率 放 大 器 中 ， 窄 带 高 频 功 率 放 大 器 ： 用 于 提 供 足 够 强 的 以 载 频 为 中 心 的 窄 带 信 号 功 率 ， 或 放 大 窄 带 已 调 信 号 或 实 现 倍 频 的 功 能 ， 通 常 工 作 于 乙 类 、 丙 类 状 态 。 宽 带 高 频 功 率 放 大 器 ： 用 于 对 某 些 载 波 信 号 频 率 变 化 范 围 大 得 短 波 ， 超 短 波 电 台 的 中 间 各 级 放 大 级 ， 以 免 对 不 同 fc 的 繁 琐 调 谐 。 通 常 工 作 于 甲 类 状 态 。 编 辑 本 段 六 、 功 率 放 大 器 的 性 能 指 标 无 论 AV 放 大 器 和 Hi-Fi 功 放 对 功 率 放 大 器 要 求 十 分 严 格 ， 在 输 出 功 率 、 频 率 响 应 、 失 真 度 、 信 噪 比 、 输 出 阻 抗 和 阻 尼 系 数 等 方 面 都 有 明 确 要 求 。 （ 一 ） 、 输 出 功 率 输 出 功 率 是 指 功 放 电 路 输 送 给 负 载 的 功 率 。 目 前 人 们 对 输 出 功 率 的 测 量 方 法 和 评 价 方 法 很 不 统 一 ， 使 用 时 注 意 。 1、 额 定 功 率 （ RMS） 它 指 在 一 定 的 谐 波 范 围 内 功 放 长 期 工 作 所 能 输 出 的 最 大 功 率 （ 严 格 说 是 正 弦 波 信 号 ） 。 经 常 把 谐 波 失 真 度 为 1%时 的 平 均 功 率 称 为 额 定 输 出 功 率 或 最 大 有 用 功 率 、 持 续 功 率 、 不 失 真 功 率 等 。 很 显 然 规 定 的 失 真 度 前 提 不 同 时 ， 额 定 功 率 数 值 将 不 相 同 。 2、 最 大 输 出 功 率 当 不 考 虑 失 真 大 小 时 ， 功 放 电 路 的 输 出 功 率 可 远 高 于 额 定 功 率 ， 还 可 输 出 更 大 数 值 的 功 率 ， 它 能 输 出 的 最 大 功 率 称 为 最 大 输 出 功 率 ， 前 述 额 定 功 率 与 最 大 输 出 功 率 是 两 种 不 同 前 提 条 件 的 输 出 功 率 3、 音 乐 输 出 功 率 （ MPO） 音 乐 输 出 功 率 MPO 是 英 文 Music Power Outpur 的 缩 写 ， 它 是 指 功 放 电 路 工 作 于 音 乐 信 号 时 的 输 出 功 率 ， 也 就 是 输 出 失 真 度 不 超 过 规 定 值 的 条 件 下 ， 功 放 对 音 乐 信 号 的 瞬 间 最 大 输 出 功 率 。 音 乐 输 出 功 率 可 以 用 来 评 价 功 放 的 动 态 听 音 效 果 ， 例 如 在 平 稳 的 音 乐 过 程 后 面 突 然 出 现 了 冲 击 性 强 的 打 击 乐 器 声 音 ， 有 的 功 放 电 路 可 在 瞬 间 提 供 很 大 的 输 出 功 率 给 以 力 度 感 有 使 不 完 的 劲 ； 有 的 功 放 却 显 得 力 不 从 心 底 气 不 足 。 为 了 反 映 这 瞬 间 突 发 性 输 出 功 率 的 能 力 可 以 用 音 乐 输 出 功 率 来 量 度 。 4、 峰 值 音 乐 输 出 功 率 （ PMPO） 它 是 最 大 音 乐 输 出 功 率 ， 是 功 放 电 路 的 另 一 个 动 态 指 标 ， 若 不 考 虑 失 真 度 功 放 电 路 可 输 出 的 最 大 音 乐 功 率 就 是 峰 值 音 乐 输 出 功 率 。 通 常 峰 值 音 乐 输 出 功 率 大 于 音 乐 输 出 功 率 ， 音 乐 输 出 功 率 大 于 最 大 输 出 功 率 ， 最 大 输 出 功 率 大 于 额 定 输 出 功 率 ， 经 实 践 统 计 ， 峰 值 音 乐 输 出 功 率 是 额 定 输 出 功 率 的 5-8 倍 。 （ 二 ） 、 频 率 响 应 频 率 响 应 反 映 功 率 放 大 器 对 音 频 信 号 各 频 率 分 量 的 放 大 能 力 ， 功 率 放 大 器 的 频 响 范 围 应 不 低 于 人 耳 的 听 觉 频 率 范 围 ， 因 而 在 理 想 情 况 下 ， 主 声 道 音 频 功 率 放 大 器 的 工 作 频 率 范 围 为 20-20kHz。 国 际 规 定 一 般 音 频 功 放 的 频 率 范 围 是 40-16 kHz1.5dB。 （ 三 ） 、 失 真 失 真 是 重 放 音 频 信 号 的 波 形 发 生 变 化 的 现 象 。 波 形 失 真 的 原 因 和 种 类 有 很 多 ， 主 要 有 谐 波 失 真 、 互 调 失 真 、 瞬 态 失 真 等 。 （ 四 ） 、 动 态 范 围 放 大 器 不 失 真 的 放 大 最 小 信 号 与 最 大 信 号 电 平 的 比 值 就 是 放 大 器 的 动 态 范 围 。 实 际 运 用 时 ， 该 比 值 使 用 dB 来 表 示 两 信 号 的 电 平 差 ， 高 保 真 放 大 器 的 动 态 范 围 应 大 于 90 dB。 自 然 界 的 各 种 噪 声 形 成 周 围 的 背 景 噪 声 ， 而 周 围 的 背 景 噪 声 和 演 奏 出 现 的 声 音 强 度 相 差 很 大 ， 在 通 常 情 况 下 ， 将 这 个 强 度 差 称 为 动 态 范 围 ， 优 良 音 响 系 统 在 输 入 强 信 号 时 不 应 产 生 过 载 失 真 ， 而 在 输 入 弱 信 号 时 ， 有 不 应 被 自 身 产 生 的 噪 声 所 淹 没 ， 为 此 好 的 音 响 系 统 应 当 具 有 较 大 的 动 态 范 围 ， 噪 声 只 能 尽 量 减 少 ， 但 不 可 能 不 产 生 噪 声 。 （ 五 ） 、 信 噪 比 信 噪 比 是 指 声 音 信 号 大 小 与 噪 声 信 号 大 小 的 比 例 关 系 ， 将 攻 放 电 路 输 出 声 音 信 号 电 平 与 输 出 的 各 种 噪 声 电 平 之 比 的 分 贝 数 称 为 信 噪 比 的 大 小 。 （ 六 ） 、 输 出 阻 抗 和 阻 尼 系 数 1、 输 出 阻 抗 功 放 输 出 端 与 负 载 （ 扬 声 器 ） 所 表 现 出 的 等 效 内 阻 抗 称 为 功 放 的 输 出 阻 抗 。 2、 阻 尼 系 数 阻 尼 系 数 是 指 功 放 电 路 给 负 载 进 行 电 阻 尼 的 能 力 。 编 辑 本 段 七 、 功 率 放 大 器 术 语 详 解 工 作 范 围 工 作 范 围 是 指 功 率 放 大 器 在 规 定 的 失 真 度 和 额 定 输 出 功 率 条 件 下 的 工 作 频 带 宽 度 ， 即 功 率 放 大 器 的 最 低 工 作 频 率 至 最 高 工 作 频 率 之 间 的 范 围 ， 单 位 Hz（ 赫 兹 ） 。 放 大 器 实 际 的 工 作 频 率 范 围 可 能 会 大 于 定 义 的 工 作 频 率 范 围 。 工 作 模 式 功 率 放 大 器 的 工 作 模 式 主 要 有 以 下 几 种 ： 时 分 双 工 （ TDD） 模 式 ： 在 TDD 模 式 的 移 动 通 信 系 统 中 ， 接 收 和 传 送 在 同 一 频 率 信 道 （ 即 载 波 ） 的 不 同 时 隙 ， 用 保 证 时 间 来 分 离 接 收 和 传 送 信 道 。 TDD 系 统 有 如 下 特 点 ： （ 1） 不 需 要 成 对 的 频 率 ， 能 使 用 各 种 频 率 资 源 ， 适 用 于 不 对 称 的 上 下 行 数 据 传 输 速 率 ， 特 别 适 用 于 IP 型 的 数 据 业 务 ； （ 2） 上 下 行 工 作 于 同 一 频 率 ， 电 波 传 播 的 对 称 特 性 使 之 便 于 使 用 智 能 天 线 等 新 技 术 ， 达 到 提 高 性 能 、 降 低 成 本 的 目 的 ； 时 分 多 址 （ TDMA） 模 式 ： TDMA 是 时 分 多 址 （ Time Division Multiple Access） 的 英 文 缩 写 。 同 一 频 率 的 载 波 在 某 一 特 定 时 间 内 ， 分 成 若 干 相 等 的 小 时 间 段 ， 供 多 个 不 同 号 码 的 用 户 使 用 不 同 的 小 时 间 段 来 实 现 连 接 的 通 信 方 式 。 简 而 言 之 ， 它 是 将 一 个 狭 窄 的 无 线 频 道 分 割 成 框 架 性 的 时 间 片 断 （ 特 别 是 3 和 8） ， 并 将 每 一 个 时 间 片 断 分 配 给 每 一 个 用 户 的 数 字 无 线 技 术 。 传 输 增 益 指 放 大 器 输 出 功 率 和 输 入 功 率 的 比 值 ， 单 位 常 用 “dB”（ 分 贝 ） 来 表 示 。 功 率 放 大 器 的 输 出 增 益 随 输 入 信 号 频 率 的 变 化 而 提 升 或 衰 减 。 这 项 指 标 是 考 核 功 率 放 大 器 品 质 优 劣 的 最 为 重 要 的 一 项 依 据 。 该 分 贝 值 越 小 ， 说 明 功 率 放 大 器 的 频 率 响 应 曲 线 越 平 坦 ， 失 真 越 小 ， 信 号 的 还 原 度 和 再 现 能 力 越 强 。 输 出 功 率 功 率 放 大 器 的 功 率 指 标 严 格 来 讲 又 有 标 称 输 出 功 率 和 最 大 瞬 间 输 出 功 率 之 分 。 前 者 就 是 额 定 输 出 功 率 ， 它 可 以 解 释 为 谐 波 失 真 在 标 准 范 围 内 变 化 、 能 长 时 间 安 全 工 作 时 输 出 功 率 的 最 大 值 ； 后 者 是 指 功 率 放 大 器 的 “峰 值 ” 输 出 功 率 ， 它 解 释 为 功 率 放 大 器 接 受 电 信 号 输 入 时 ， 在 保 证 信 号 不 受 损 坏 的 前 提 下 瞬 间 所 能 承 受 的 输 出 功 率 最 大 值 。 接 收 增 益 增 益 是 天 线 的 主 要 指 标 之 一 ， 它 是 方 向 系 数 与 效 率 的 乘 积 ， 是 天 线 辐 射 或 接 收 电 波 大 小 的 表 现 。 增 益 大 小 的 选 择 取 决 于 系 统 设 计 对 电 波 覆 盖 区 域 的 要 求 ， 简 单 地 说 ， 在 同 等 条 件 下 ， 增 益 越 高 ， 电 波 传 播 的 距 离 越 远 。 而 功 率 放 大 器 的 接 收 增 益 值 越 大 ， 则 接 收 性 能 越 强 。 避 雷 保 护 常 见 的 直 击 避 雷 保 护 措 施 ： 避 雷 针 ： 避 雷 针 用 来 保 护 工 业 与 民 用 高 层 建 筑 以 及 发 电 厂 、 变 压 所 的 屋 外 配 电 装 置 、 输 电 线 路 个 别 区 段 、 在 雷 电 先 导 电 路 向 地 面 延 伸 过 程 中 ， 由 于 受 到 避 雷 针 畸 变 电 路 的 影 响 ， 会 逐 渐 转 向 并 击 中 避 雷 针 ， 从 而 避 免 了 雷 电 先 导 向 被 保 护 设 备 ， 击 毁 被 保 护 设 备 和 建 筑 的 可 能 性 。 由 此 可 见 ， 避 雷 针 实 际 上 是 引 雷 针 ， 它 将 雷 电 引 向 自 己 ， 从 而 保 护 其 它 设 备 免 遭 雷 击 。 避 雷 线 ： 避 雷 线 也 叫 架 空 地 线 ， 它 是 沿 线 路 架 设 在 杆 塔 顶 端 ， 并 具 有 良 好 接 地 的 金 属 导 线 ， 避 雷 线 是 输 电 线 路 的 主 要 防 雷 保 护 措 施 。 避 雷 带 、 避 雷 网 ： 在 建 筑 物 上 沿 屋 角 、 屋 脊 、 檐 角 和 屋 檐 等 易 受 雷 击 部 位 敷 设 的 金 属 网 格 ， 主 要 用 于 保 护 高 大 的 民 用 建 筑 。 浪 涌 保 护 浪 涌 也 叫 突 波 ， 顾 名 思 义 就 是 超 出 正 常 工 作 电 压 的 瞬 间 过 电 压 。 本 质 上 讲 ， 浪 涌 是 发 生 在 仅 仅 几 百 万 分 之 一 秒 时 间 内 的 一 种 剧 烈 脉 冲 ， 。 可 能 引 起 浪 涌 的 原 因 有 ： 重 型 设 备 、 短 路 、 电 源 切 换 或 大 型 发 动 机 。 而 含 有 浪 涌 阻 绝 装 置 的 产 品 可 以 有 效 地 吸 收 突 发 的 巨 大 能 量 ， 以 保 护 连 接 设 备 免 于 受 损 。 浪 涌 保 护 器 ， 也 叫 信 号 防 雷 保 护 器 ， 是 一 种 为 各 种 电 子 设 备 、 仪 器 仪 表 、 通 讯 线 路 提 供 安 全 防 护 的 电 子 装 置 。 当 电 气 回 路 或 者 通 信 线 路 中 因 为 外 界 的 干 扰 突 然 产 生 尖 峰 电 流 或 者 电 压 时 ， 浪 涌 保 护 器 能 在 极 短 的 时 间 内 导 通 分 流 ， 从 而 避 免 浪 涌 对 回 路 中 其 他 设 备 的 损 害 。 编 辑 本 段 八 、 阻 抗 匹 配 及 防 护 措 施 对 于 主 要 作 用 是 向 负 载 提 供 功 率 的 放 大 电 路 通 常 称 为 功 率 放 大 电 路 ， 其 主 要 特 点 如 下 ： 一 是 输 出 功 率 是 指 交 变 电 压 和 交 变 电 流 的 乘 积 ， 即 交 流 功 率 ； 二 是 交 流 功 率 是 在 输 入 为 正 弦 波 、 输 出 波 形 基 本 不 失 真 时 定 义 的 ； 三 是 输 出 功 率 大 ， 因 而 消 耗 在 电 路 内 的 能 量 和 电 源 提 供 的 能 量 也 大 ； 四 是 晶 体 管 常 常 工 作 在 极 限 应 用 状 态 ， 由 此 要 考 虑 必 要 的 散 热 措 施 和 过 电 流 、 过 电 压 的 保 护 措 施 。 下 面 就 功 率 放 大 器 的 阻 抗 匹 配 及 防 护 措 施 作 以 扼 要 介 绍 。 1、 功 率 放 大 器 的 阻 抗 匹 配 在 所 有 电 子 音 像 设 备 中 ， 都 有 一 个 功 率 输 出 的 最 佳 方 案 问 题 ， 即 为 了 获 得 最 大 的 功 率 输 出 而 又 不 增 加 电 路 的 投 资 经 费 ， 这 就 是 功 率 放 大 器 与 扬 声 器 系 统 的 最 佳 组 合 。 功 率 放 大 器 组 合 的 目 的 是 为 了 达 到 最 小 的 设 备 投 资 而 获 得 最 大 的 功 率 输 出 ， 以 图 1 互 补 型 功 率 放 大 电 路 为 例 ： 和 为 功 放 朱 级 ， 工 作 于 低 偏 置 甲 乙 类 互 补 状 态 。 它 的 输 出 功 率 近 似 于 乙 类 状 态 。 为 了 达 到 最 大 输 出 功 率 ， 所 以 负 载 的 大 小 应 该 使 功 率 管 的 电 流 输 出 和 电 压 输 出 的 乘 积 最 大 ， 这 时 的 状 态 称 为 功 率 匹 配 状 态 。 在 音 响 设 备 的 扬 声 器 系 统 中 音 响 的 输 出 阻 抗 应 为 扬 声 器 组 合 状 态 的 总 阻 抗 ， 这 样 音 响 的 输 出 功 率 才 是 标 明 的 额 定 标 准 功 率 ， 否 则 音 响 的 输 出 功 率 就 达 不 到 要 求 。 例 如 ： 音 响 标 准 接 头 上 标 明 是 4 、 100W， 那 么 该 接 头 上 的 阻 抗 就 是 两 个 8Q 扬 声 器 的 并 联 ， 每 个 扬 声 器 可 得 到 50W， 这 样 综 合 扬 声 器 系 统 ， 就 是 4 、 100W， 否 则 不 能 实 现 100w 的 功 率 输 出 。 2、 功 率 放 大 器 的 防 护 功 率 管 是 功 率 放 大 电 路 中 最 容 易 受 到 损 坏 的 器 件 ， 损 坏 的 大 部 分 原 因 是 由 于 管 子 的 实 际 耗 散 功 率 超 过 了 额 定 数 值 。 另 外 ， 若 功 率 放 大 器 与 扬 声 器 失 配 或 扬 声 器 使 用 中 长 期 过 载 ， 也 极 易 损 坏 扬 声 器 (或 音 箱 )， 因 此 ， 在 音 响 设 备 中 ， 防 护 的 目 的 是 保 护 昂 贵 的 功 放 和 扬 声 器 ， 所 以 对 电 源 、 功 放 、 音 箱 的 过 载 和 短 路 保 护 是 完 全 必 要 的 。 1） 电 源 保 护 ： 图 2 是 分 立 元 件 稳 压 电 路 ， 电 路 中 Ri 的 是 过 载 电 流 取 样 电 阻 ， 当 其 电 压 大 于 0.7V 时 ， V13 导 通 ， 集 电 极 电 位 下 降 ， 调 整 管 V11 断 开 ， 限 制 电 源 输 出 电 流 。 图 3 是 可 调 输 出 电 压 模 块 ， 功 耗 达 70W， 电 流 可 达 10A， 电 压 调 整 率 为 20.8 ， 输 出 电 压 为 1.25 15V， 且 有 短 路 保 护 。 当 使 用 开 关 电 源 时 (例 如 芯 片 CWl225)， 则 有 专 门 的 保 护 控 制 端 第 脚 ， 只 要 输 入 过 电 流 或 过 电 压 信 号 ， 即 可 达 到 保 护 目 的 。 2） 功 放 级 晶 体 管 保 护 ： 功 率 放 大 晶 体 管 除 在 使 用 中 必 须