A、B、AB、C、D、H类功放科普

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A、B、AB、C、D、H类功放科普

2023-08-10 22:16| 来源: 网络整理| 查看: 265

一、说明:    1、A类功放(又称甲类功放)    A类功放输出级中两个(或两组)晶体管永远处于导电状态,也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流,并使这两个电流等于交流电的峰值,这时交流在最大讯号情况下流入负载。当无讯号时,两个晶体管各流通等量的电流,因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压,故无电流输入扬声器。当讯号趋向正极,线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流,下方的输出晶体管则相对减少电流,由于电流开始不平衡,于是流入扬声器而且推动扬声器发声。 A类功放的工作方式具有最佳的线性,每个输出晶体管均放大讯号全波,完全不存在交越失真(Switching Distortion),即使不施用负反馈,它的开环路失真仍十分低,因此被称为是声音最理想的放大线路设计。但这种设计有利有弊,A类功放放最大的缺点是效率低,因为无讯号时仍有满电流流入,电能全部转为高热量。当讯号电平增加时,有些功率可进入负载,但许多仍转变为热量。    A类功放是重播音乐的理想选择,它能提供非常平滑的音质,音色圆润温暖,高音透明开扬,这些优点足以补偿它的缺点。A类功率功放发热量惊人,为了有效处理散热问题,A类功放必须采用大型散热器。因为它的效率低,供电器一定要能提供充足的电流。一部25W的A类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用。所以A类机的体积和重量都比AB类大,这让制造成本增加,售价也较贵。一般而言,A类功放的售价约为同等功率AB类功放机的两倍或更多。      2、B类功放(乙类功放)    B类功放放大的工作方式是当无讯号输入时,输出晶体管不导电,所以不消耗功率。当有讯号时,每对输出管各放大一半波形,彼此一开一关轮流工作完成一个全波放大,在两个输出晶体管轮换工作时便发生交越失真,因此形成非线性。纯B类功放较少,因为在讯号非常低时失真十分严重,所以交越失真令声音变得粗糙。B类功放的效率平均约为75%,产生的热量较A类机低,容许使用较小的散热器。      3、AB类功放    与前两类功放相比,AB类功放可以说在性能上的妥协。AB类功放通常有两个偏压,在无讯号时也有少量电流通过输出晶体管。它在讯号小时用A类工作模式,获得最佳线性,当讯号提高到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。普通机10瓦的AB类功放大约在5瓦以内用A类工作,由于聆听音乐时所需要的功率只有几瓦,因此AB类功放在大部分时间是用A类功放工作模式,只在出现音乐瞬态强音时才转为B类。这种设计可以获得优良的音质并提高效率减少热量,是一种颇为合乎逻辑的设计。有些AB类功放将偏流调得甚高,令其在更宽的功率范围内以A类工作,使声音接近纯A类机,但产生的热量亦相对增加。    4、D类功放  D类音频放大器采用脉宽调制(PWM)信号而不是AB类放大器通常采用的线性信号,这里的PWM 信号涵盖了音频信号以及PWM开关频率与谐波,为非线性信号。D类放大器比AB类放大器效率高得多,因为输出级的MOSFET管可从极高阻抗转变为极低阻抗,从而在作用区的操作时间只有几个ns。利用上述技术原理,输出级的损率变得极低。此外,LC过滤器或扬声器的感应元件在各个周期还能存储能量,并可基本保证切换功率不会在扬声器中损失。   在音乐手机等多媒体手机中,非线性的D类音频放大器是最为合适的方案,它具有效率高、发热少、功耗低、电池使用寿命长等优点。但是D类存在EMI电磁干扰的缺点,尤其是居高不下的价格,让AB类音频放大器成为主流的中低档手机的首选,线性的AB类是低噪声放大器,拥有低成本优势。因此,在音频IC市场中,出现D类和AB类争奇斗胜的局面。甚至在一些场合出现了D类和AB类可以自由切换的模式,以满足技术要求。   然而,对于这两种技术的未来发展趋势,似乎大家一致看好D类,认为随着技术的不断完善,在未来手机音频技术中,D类将占据主流地位,从而彻底打破D类与AB类平分秋色的局面,甚至有厂家预言,D类将最终替代AB类。     5、C类功放  C类功放(丙类功放) 这类功放很少听说,因为它失真非常高的功放,只适合在通讯上使用,不适用于汽车音响。    6、H类功放   H类的输出电压达到电源电压的80%时由内部升压电路提供电源工作.AB类功放比H类功放更胜一筹。 AB类桥接起来就是H类了,H类的声音理论上没有AB类好听。 H类发热没AB类大。        二、AB与D类功能优缺点:    对于手机中应用的AB类功放,  优点在于:  价格便宜  低频较D类丰富  搭配FM,电视等模块电路设计更简单  缺点在于:  效率低  同等条件下,音量不如D类    对于在手机中应用的D类功放  优点在于:  中高频比AB类表现好,普通反映音质清脆  可采用一颗MONO功放带动两个8 ohm的Speaker  效率高  缺点在于:  价格相对AB类高  搭配FM,电视等模块电路,需考虑电路设计较多    三、AB与D类功能PK:  第一轮:比效率  传统的AB类音频放大器的效率只有25%左右,能耗大,很难满足电池长时间续航的需要。与AB类不同,D类以高频开关的方式工作,而不是利用晶体管的线性部分放大,具有高达90%的效率。此轮D类暂时领先。    第二轮:比使用场合  由于节能、省电的要求越来越高,在手机等应用中D类音频放大器将更为流行,D类音频放大器市场前景广阔。在日愈丰富的多媒体数码内容中,除了通话和铃声之外,更多是MP3音乐、影音片段和数字电视等,所以D类技术的效率会被更加重视。 此轮D类再度领先。  第三轮:比音频特性  AB类技术的音频性能好,THD+N低,PSRR的绝对数值高。此外,AB类的应用中没有噼啪声和咔嗒声,噪声很小,而且开启时间和关闭时间都很短,亦可实现节能的方案。D类的工作模式完全不同于AB类,会产生某些高频谐波。尽管这些谐波频率远远高于可听波频率,不能被人耳所听到,然而可能会对手机RF部分或者天线部分产生干扰,降低手机的灵敏度,导致手机无法正常工作。这就是D类技术必须面对的一大挑战:EMI电磁干扰。AB类终于扳回一局。  第四轮:比封装尺寸  虽然各个厂商对于改善D类技术的电磁干扰问题殚精竭虑,但小型化趋势对降低D类音频放大器的噪声带来了限制。 因为封装尺寸的压缩使得音频设计高度集成化,导致了编解码器、电源管理和扬声器输出功能的混合信号集成,这种集成给噪声管理带来了困难。当D类音频放大器不断减小封装尺寸时,需要面对更加困难的噪声管理的挑战。本轮二者不分伯仲。  第五轮:比价格  除了电磁干扰噪声之外,价格也是影响D类取代AB类的一个重要因素,D类音频放大器最大的挑战是价格太高。D类音频放大器的成本一般是AB类的2至3倍,尽管D类提供较佳的功效及散热能力, 但成本仍是非常重要的考虑因素,无疑会影响其的普及应用。    [PK结果]  五轮比试,二者难分高低。  目前而言,AB类还不可能被D类完全取代,两者将一直共存下去。在音乐手机中D类会逐步取代AB类;而在小功率音频驱动中,比如音频耳机功放对效率和功率的要求不高,或者Hi-Fi耳机放大器对失真率有较高的要求,此时AB类功放的超低失真率就体现出了优势,如今在耳机放大器的设计中AB类仍是唯一的选择。    与D类取代AB类的思路不同,欧胜微电子采取了折衷的方案,推出了可以在AB类和D类这两种工作模式之间进行自由切换的WM8985,在没有射频发射/传输的时候,运行D类模式;在射频发射/传输的时候,运行AB类模式,充分利用D类和AB类的优点,弥补各自缺点。



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