調(diào)音臺(tái)教程（二）之功率放大器

功率放大器簡(jiǎn)單功放，在擴(kuò)聲系統(tǒng)中功放起著重要作用。它將音頻的電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換成音頻功率信號(hào)，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。由于工作在音頻區(qū)段，所以也叫音頻功率放大器。其輸入端連接聲源泉信息或其他音響設(shè)備輸出的聲音信號(hào)，后的問題。

一、 功放的組成

功放一般由三個(gè)部分組成：前置放大、驅(qū)動(dòng)放大、末級(jí)功率放大。專業(yè)用的功放把這三部分一起安裝在同一機(jī)箱里，而發(fā)燒級(jí)功放，往往把接揚(yáng)聲器負(fù)載，為保證功放長(zhǎng)期穩(wěn)定可*地工作，放聲音質(zhì)好，其中間存在著最佳接配前置放大與驅(qū)動(dòng)放大組成一體，叫前級(jí)，末級(jí)功率放大單獨(dú)成為一級(jí)叫后級(jí)。

（一） 前置放大

前置放大處于功放最前端，與前面來的信號(hào)源起匹配作用，通常由共集電極電路或射出輸出器構(gòu)成，其輸入阻抗高（大于10kΩ以上），可以將前面來的聲音信號(hào)大部分引進(jìn)來；其輸出阻抗低（10Ω以下），可以將信號(hào)大部分傳送到下一級(jí)驅(qū)動(dòng)放大器中，傳輸系數(shù)大。同時(shí)，它又是一種電流放大器，可以將聲音電壓信號(hào)作初步電流放大。
三、 功放末級(jí)功率放大器的輸出形式

專業(yè)功放末級(jí)功率放大器常用的輸出形式有三種：即OTL（Output Transformer
Less）、OCL（Output Capacitor Less）、BTL（BalanceTransformer Less）。這三種輸出形式的等效電路。

對(duì)于OTL電路，它屬于無輸出變壓器的單端推挽電路，其特點(diǎn)是單組電源供電，在兩個(gè)異型配對(duì)的大功率晶體管的串接端接有一個(gè)充電電容C，當(dāng)正半周信號(hào)輸入時(shí)，上邊管子導(dǎo)通，電容C充電。當(dāng)負(fù)半周信號(hào)輸入時(shí)，充電電壓維持下邊管子導(dǎo)通。于是全信號(hào)電流都通過負(fù)載揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗RL直接接在兩大功率晶體管的串接端上，串接端的直流電壓相對(duì)于地必須為零。全信號(hào)電流流經(jīng)揚(yáng)聲器，揚(yáng)聲器負(fù)載RL成為兩個(gè)晶體管的射極直接負(fù)載，在阻抗上匹配。對(duì)于BTL電路，它發(fā)球無平衡變壓器輸出的橋式推挽電路，圖中所示的是兩個(gè)OTL構(gòu)成的橋式推挽，同樣，也可以由兩個(gè)OCL構(gòu)成橋式推挽。其特點(diǎn)是單組電源（對(duì)兩價(jià)目OTL構(gòu)成而）而或兩組電源（對(duì)兩價(jià)目OCL構(gòu)成而言）供電。輸入端A和B必須同時(shí)提供兩個(gè)等幅度反極性的信號(hào)，揚(yáng)聲器串接在兩候車室異型功率管串接端上，形成橋式，兩個(gè)對(duì)角線上的功率管同時(shí)導(dǎo)通。由于揚(yáng)聲器負(fù)載RL串接在橋上，成為導(dǎo)通功率管射極負(fù)載，在阻抗上匹配。

目前，市場(chǎng)上銷售的專業(yè)功放一般均為OTL或OCL形式，有時(shí)同一廠家的不同系列產(chǎn)品，有采用OTL的，也有采用OCL的。每臺(tái)專業(yè)功放由兩個(gè)獨(dú)立的功率放大組成，分別提供左、右聲道功率放大，或聲道1、聲道2的功率放大。同時(shí)，在功放的后蓋板上加上裝有工作模式（mode）切換開關(guān)，通過這一開關(guān)，將兩路的末級(jí)功率放大構(gòu)成一種橋式推挽輸出。實(shí)際的連接方式。

一臺(tái)功放中有兩個(gè)獨(dú)立的功放部分，分別由前置放大，驅(qū)動(dòng)放大以及末級(jí)功率放大組成，當(dāng)工作模式開關(guān)接立體聲（stereo）模式，左右聲道信號(hào)分別送入兩路功放，各自接放相應(yīng)的揚(yáng)聲器，單獨(dú)放聲。這種放聲方式適用于卡拉OK廳、多功能廳、音樂廳。當(dāng)模式開關(guān)接橋式單聲（BridgeMoNo）模式，右聲道信號(hào)不能進(jìn)入末級(jí)功率放大級(jí)，而左聲道信號(hào)經(jīng)前置放大后分成兩路，一路進(jìn)原來的驅(qū)動(dòng)放大級(jí)的正極性輸入端，從A端輸出，作為橋式的輸入信號(hào)。另一路進(jìn)右聲道上的驅(qū)動(dòng)放大級(jí)的負(fù)極性輸入端，從B端輸出，作為橋式另一輸入信號(hào)。這樣，A、B兩端的信號(hào)來自同一信號(hào)源，經(jīng)相同放大量、不同極性輸入端的兩個(gè)驅(qū)動(dòng)放大器分別送出信號(hào)，所以，構(gòu)成了等幅度反極性信號(hào)，使左右兩邊的末級(jí)功率放大器進(jìn)行橋式工作，兩個(gè)揚(yáng)聲器串聯(lián)后，連到橋路上。顯然，兩個(gè)揚(yáng)聲器放出聲音是單聲。這種放聲方式適用于Disco廳、交誼舞廳或背景音樂放音。

若用一只揚(yáng)聲器接在橋路上，這時(shí)橋式推挽輸出功率設(shè)為W，由于A、B端加入等幅反極性的信號(hào)，兩個(gè)對(duì)角線功率管同時(shí)導(dǎo)通，忽略功率管的內(nèi)阻，那么，在橋路上有2倍于單端推挽輸出的電流，揚(yáng)聲器負(fù)載兩端的信號(hào)電壓便是2U，因此，也就是說用一只揚(yáng)聲器接成橋式推挽，揚(yáng)聲器上獲得的功率是單端推挽獲得的功率的4倍。這種連接很容易將揚(yáng)聲器燒毀。如果將兩只揚(yáng)聲器串聯(lián)，然后接成橋路，橋路上的阻抗為RL+RL，橋式推挽輸出的功率，即兩只揚(yáng)聲器串接后，接入橋路，形成橋式推挽，所獲得的功率是單端推挽輸出功率的2倍，分配給每只揚(yáng)聲器的功率為W0，仍然是單端推挽的功率，這時(shí)，揚(yáng)聲器工作不存在問題。

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四、 功放的匹配

功放的最佳工作狀態(tài)是前后的匹配，也就是輸入端應(yīng)與信號(hào)源相匹配，輸出端與揚(yáng)聲器負(fù)載RL相匹配。在此情況下，功放的功率效率能得到充分的發(fā)揮，功放能長(zhǎng)期可*地運(yùn)行，傳送功率高，聲信號(hào)不失真，一般輸入端的匹配比較簡(jiǎn)單，通常信號(hào)源的輸出阻抗在600Ω左右，而專業(yè)功放的輸入阻抗大都在10kΩ以上，顯然，信號(hào)源的輸出信號(hào)大部分都能輸入到功放的前置放大級(jí)上。功放的輸出是聲音的功率信號(hào)，這些功率信號(hào)能有效地不失真地傳送到揚(yáng)聲器上，轉(zhuǎn)換成聲音，這里涉及到以下幾方面的匹配問題。

1. 阻抗的匹配

把功放看做一個(gè)等效電路，其輸出阻抗為R0和揚(yáng)聲器負(fù)載RL形成電流回路，回路上的作用電壓U，負(fù)載RL上的電壓即輸出電壓為U。

負(fù)載上獲得的功率在什么情況下負(fù)載兩端能取得最大的功率？很明顯，把W當(dāng)做函數(shù)，把RL當(dāng)做變量，求W極值，便會(huì)得到R0=RL時(shí)，W最大，也就是說，揚(yáng)聲器要獲得功放的輸出的最大功率，條件是：揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗應(yīng)等于功放的輸出阻抗。若揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗大于功放的輸出阻抗，功放的功率不能得到很好的傳送，導(dǎo)致內(nèi)熱增加，影響功率管工作穩(wěn)定性，甚至?xí)蜻^熱而損壞。若揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗小于功放的輸出阻抗，輸出的功率信號(hào)失真，功率管內(nèi)部耗損功率急劇上升，會(huì)過度發(fā)熱而燒毀。所以，只有滿足上述阻抗匹配條件，功放才能正常運(yùn)行。

2. 功率的匹配

在滿足功放阻抗匹配的條件下，若功放輸出的功率大于揚(yáng)聲器長(zhǎng)期可*運(yùn)行的額定功率，揚(yáng)聲器雖能得到最大功率，但必然使揚(yáng)聲器音圈發(fā)熱，機(jī)械性能被破壞。若功放的輸出功率小于揚(yáng)聲器的額定功率，揚(yáng)聲器發(fā)聲功率不能充分發(fā)揮，還可能引起發(fā)聲頻段變窄，輻射聲音不平衡。因此，必須使功放工作時(shí)的輸出功率等于揚(yáng)聲器的額定功率。即功放的工作功率等于揚(yáng)聲器的額定功率，這是功放功率匹配條件。功放經(jīng)常運(yùn)行在音樂信號(hào)下，而音樂信號(hào)的起伏是很大的，就一般音樂而言，音樂峰值功率是功放的額定功率的4倍，為了使功放長(zhǎng)期可*地運(yùn)行，須讓功放工作時(shí)留有儲(chǔ)備量，功放的儲(chǔ)備量定義為：功放的最大不失真功率P0定義為：在負(fù)載8Ω時(shí)，總諧波失真不大于1%的條件下，功放所輸出的連續(xù)正弦波功率。而功放的額定功率則取為功放最大不失真功率的一半，即P0/2;功放的儲(chǔ)備量可取3～8，如果取3，則可以得到功放的工作功率=2/3＆#215;功放的額定功率，也等于揚(yáng)聲器的額定功率。此關(guān)系式可作為音響工程配置揚(yáng)聲器額定功率和功放的額定功率的關(guān)系式。

3. 阻尼因子

功放的負(fù)載并非純電阻，而是揚(yáng)聲器音圈，音圈有一定的電感，是感性負(fù)載，其阻抗值與信號(hào)頻率有關(guān)，輸出信號(hào)能否得到很好的輸送，牽涉到輸出路的阻尼問題，阻尼因子（或叫阻尼系數(shù)）定義為：揚(yáng)聲器負(fù)載阻抗/功率管的內(nèi)部電阻（含接線線阻），這個(gè)比值愈大，說明揚(yáng)聲器振動(dòng)阻尼快，功率管工作狀態(tài)愈穩(wěn)定，通常大于200:1。

五、 使用功放的注意事項(xiàng)

功放本身的操作功能鍵很少，操作極為簡(jiǎn)單，通常只要將電源開關(guān)打開，便可進(jìn)行工作。但它前面接的是信號(hào)源，后面接的是揚(yáng)聲器負(fù)載，前后操作不當(dāng)，對(duì)功放危害甚大，因此，使用時(shí)應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：

（1）功放接放擴(kuò)聲系統(tǒng)中，開機(jī)時(shí)，先開啟其他音響設(shè)備，最后打開功放。關(guān)機(jī)時(shí)，先關(guān)閉功放，后關(guān)閉其他設(shè)備。這樣，可以避免因開、關(guān)其他音響設(shè)備產(chǎn)生脈沖信號(hào)，使功放過載，燒毀功放或音箱。

（2）功放工作時(shí)，音量（在調(diào)音臺(tái)上控制）由小到大，直到適中。關(guān)閉時(shí)，音量（在調(diào)音臺(tái)上控制）由大到小，然后關(guān)閉。

（3）功放工作過程中，不能任意更換功放的工作模式或揚(yáng)聲器負(fù)載，否則容易損壞功放。通常是先確定功放的工作模式，根據(jù)工作模式，接好音箱揚(yáng)聲器負(fù)載。

（4）功放工作過程中，不能任意更換擴(kuò)聲系統(tǒng)中各音響設(shè)備的插頭，包括調(diào)音臺(tái)的插頭。否則容易產(chǎn)生脈沖信號(hào)，經(jīng)功放后形成功率脈沖，直到引向音響的高頻頭，使高頻頭燒毀或使功放過載而損壞。