音频功放的失真的原因分析及测量

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音频功放的失真的原因分析及测量

2024-07-14 18:35| 来源: 网络整理| 查看: 265

文章目录 1 线性失真幅频响应相频响应 2 非线性失真交越失真削波失真瞬态响应失真界面互调失真噪声 3 失真的测量4 小结 失真又称“畸变”,指信号在传输过程中与原有信号和标准相比所发生的偏差。在理想的放大器中,输出波形除按比例放大外,应与输入波形完全相同,但实际上,不能做到输出与输入的波形完全一样,这种现象叫失真。音频功放电路产生的的失真分为 线性失真和 非线性失真两类。

1 线性失真

线性失真分为 幅频响应(幅度—频率响应) 出现错误和相频响应(相位—频率响应) 出现错误两种。产生线性失真的器件,尽管会令信号的波形形状发生改变,但不会在输出信号额外附加其它频率成分。

幅频响应

幅频响应出现错误,就是功放对于输入的同样幅度但不同频率的正弦波,会输出不同幅度的正弦波。

打个比方

输入幅度为1V RMS,频率为50Hz的正弦波,输出为10V RMS,50Hz的正弦波;

当输入幅度为1V RMS,频率为500Hz的正弦波,输出却为20V RMS,500Hz的正弦波。

对于不同频率,放大器的增益也不同,这是音频功放的通频带所决定的,音频功放的幅频响应特点可以用带通滤波器的模型来简化。

补充: 均方根值是什么意思? RMS(root mean square) 答:均方根值也称作为效值,它的计算方法是先平方、再平均、然后开方。 比如幅度为100V而占空比为0.5的方波信号,如果按平均值计算,它的电压只有50V,而按均方根值计算则有70.71V。这是为什么呢? 举一个例子,有一组100伏的电池组,每次供电10分钟之后停10分钟,也就是说占空比为一半。 如果这组电池带动的是10Ω电阻,供电的10分钟产生10A的电流和1000W的功率,停电时电流和功率为零。 那么在20分钟的一个周期内其平均功率为500W,这相当于70.71V的直流电向10Ω电阻供电所产生的功率。 而50V直流电压向10Ω电阻供电只能产生的250W的功率。 对于电机与变压器而言,只要均方根电流不超过额定电流,既使在一定时间内过载,也不会烧坏。

只有在一定的频率范围之内的幅频响应是平直的,当输入信号频率频率低到一定程度时,开始出现滚降的拐点;当输入信号频率高到一定程度时,也开始出现滚降的拐点。

这个拐点称为**-3dB点**,因为拐点处的增益下降到-3dB,也就是说放大倍数下降到平直处的77.4%,拐点的频率称为截止频率。

对于音频功放来说,通频带不宽带来的影响就是削弱高频或低频的信号,所以音频功放必须保证在20Hz-20000Hz的频域内有平直的幅度响应。

相频响应

相频响应出现错误同样通常是由功放的通频带特性决定。在频率开始滚降的时候,相移同时出现。扬声器所用的分频器也是产生这种失真的好例子。

对于高保真功放,要求其相位失真在20-20000Hz范围内低于±5%。

2 非线性失真

非线性失真主要有晶体管的原生失真、交越失真、削波失真、瞬态响应失真以及瞬态互调失真、噪声引起的失真和界面互调失真。

晶体管产生原生失真是因为晶体管的 输入输出特性本身不是一条理想的直线 ,所以基本的单级共射放大电路的输出信号会带有大量的偶次谐波失真。

交越失真

交越失真是由输出信号正半周和负半周不能完美对接造成的。

功放的工作方式主要有A类(我国称为甲类)、B类(我国称为乙类)、AB类(我国称为甲乙类)和D类(我国称为丁类)。可能在所有功放中有超过99%都工作于B类和D类方式。

A类功放是指在信号放大的整个过程中,作为输出器件的管子一直工作于线性区,信号的整个周期都能不间断地被放大,能够避免管子在进入截止区时产生的大量非线性失真。

B类功放是指在信号放大的过程中,正半周的信号和负半周的信号分别由两只放大管交替进行放大,放大后的信号一次送至输出。B类功放中管子的静态偏置设置为即将要导通的状态或者微导通状态,在没有信号输入时,管子截止,功耗非常小。在有信号输入时,每一只管子的导通时间刚好为50%。

AB类功放是A类与B类的结合。如果把一台B类放大器的偏置电压增大ΔU,它将以AB类方式工作,输入信号Ui低于ΔU时,两只输出管同时工作,此时为A类工作方式。当输入信号Ui大于ΔU时,在ΔU-Ui



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