音频功放的种类和基本原理

音频功放的种类和基本原理
作者：AirCity 2019.12.2
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1 简介

功率放大器简称功放，它是将小信号放大，这个放大包括电压和电流，产生更大的功率去推动音响放声。
在技术发展过程中，产生了不同类型的功放种类，按照功率管的导电方式，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类功放功放（又称D类）。

2 A类（甲类）功放

甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。这类功放工作在晶体管的线性放大区，没有交越失真。如下图所示。

单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。
优点：音质好，失真小
缺点：热量高，效率低（25%），功率小。

3 B类（乙类）功放

B类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。在两个晶体管轮换工作时容易发生交越失真，形成非线性放大。B类功放没有信号输入时，功率管不工作。

纯B类功放很少，因为在信号很低的时候，失真严重。
优点：效率高（75%），热量低。
缺点：容易发生交越失真，小信号时失真严重，声音粗糙。

4 AB类（甲乙类）功放

AB类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。无信号输入时，给功率管提供一个静态工作电压，保证功率管一直处于开的状态。在小信号时，工作在A类模式，获得最佳线性。在大信号时，工作在B类模式。
AB类放大有效解决了B类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。

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。
优点：音质好，失真小
缺点：效率优于A类，低于B类。

5 C类（丙类）功放

这类功放较少听说，因为它是一种失真非常高的功放，只适合在通讯用途上使用。C类机输出效率特高，但不是HI-FI放大所使用。

6 D类（丁类）功放

丁类功放也称数字式放大器,Class D 功放，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号。输入端的模拟信号波形与三角脉冲信号进行比较，形成脉冲宽度不一样的波形。之后通过半H桥电路输出。半H桥电路可以输出极高的功率。这个信号最后经过低通滤波器后，最终能还原最初的模拟信号。

上图表示早期的D类功放原理，PWM的调制频率是800KHz左右，低通滤波的部分需要外加无源低通滤波器。

现在的D类功放已经是差分输出，如下图，输出的两个差分信号可以直接接喇叭，不需要低通滤波器。因为喇叭本身相当于一个R+L的低通滤波器，一般R=8Ω，L=33uH。

优点：高效率（AB类的2倍以上），小体积。
缺点：失真

目前大部平台套片自带的功放都是D类功放，大部分外置的模拟PA和数字PA也都是D类功放。低端的平台比如MT2503是AB类功放。