四、功率放大器

功率放大器（Amplifier）简称功放，是声频系统中十分重要的设备之一。主要作用是将声源输出的微弱音频信号经处理后加以放大，为扬声器提供足够的功率使它发出声音。注意：在安装功率放大器之前，需确定主机或信号处理器的输出电压不超过功率放大器的输入范围，虽然功率放大器的音频信号输入额定电压与信号处理器输出电压基本相同，但稍不注意，很容易造成影音器材损坏。简明的功放安装方式如图2-19所示。

1.功率放大器的种类

功率放大器的输入端所需要的推动电压，有两种标准，一种是0dB（0.775V），另一种是4dB（1.228V）。功率放大器由前置放大、功率放大（后级放大）、电源及各种保护电路组成。功率放大器有单声道、两声道、四声道、五声道、六声道等多种，型号、品牌非常多。功率放大器的输入输出端如图2-20所示。五声道功率放大器扬声器输出端如图2-21所示。五声道功率放大器音频输入端如图2-22所示。

图2-19 简明的功放安装方式

图2-20 功率放大器的2组输入/1组输出端

图2-21 五声道功率放大器扬声器输出端

图2-22 五声道功率放大器音频输入端

按不同的分类方法大致有：

1）甲类功放。又称A类功放。是在输入正弦波电压信号的整个周期中（正弦波的正负两个半周），功率输出一直有大电流通过，需要大容量的电源电路，工作时功率管产生的热量很高，并且容易击穿烧坏。特点是音质好，失真小。不足的是输出功率和效率低，消耗电量大。

2）乙类功放。又称B类功放。输出功率管只导通正弦信号的半个周期，另半个周期截止。也就是说，正半周由一个功率管工作，负半周由另一个功率管工作，在输出端合成一个完整的、与输入完全相同的波形，用来驱动扬声器系统。一个输入信号由两路分别进行放大是B类放大器的特征。乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。

3）甲乙类功放。又称AB类功放。介于甲类和乙类之间，即功率输出管导通时间大于半个周期而小于一个周期，有较短时间截止。对于乙类或甲类功率放大器为获得不失真的信号输出必须采用由两个功率管组成推挽放大的电路形式，甲乙类放大有效解决了乙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。

4）丁类功放。又称数字放大器，又称D类功放。与传统的模拟功放是两种不同的工作原理，属于开关型的音频功放，D类使用的是PWM技术，是一种开关频率随着时钟脉冲周期而变化的放大器。在大功率应用场合，数字功放同时具有频率响应宽，大动态范围和良好的瞬态响应。它的优点是失真小、抗干扰能力强、散热器面积小、体积小、重量轻、电源功耗小、转换效率高、具有甲乙类的音质。如图2-23为日本先锋D类数字放大器。

图2-23 日本先锋D类数字放大器

2.功率放大器的主要功能

1）音频信号输入选择（Line input）。有RCA信号（低电压信号）和主机扬声器线（高电压信号）两种输入方式。其中要获得良好的音质可以采用RCA信号输入。若主机无RCA信号或保留原车主机情况下，就只有选择用高电平输入（俗称高转低）。

另外，很多功放产品带有一组或两组信号输出，可以将信号传递到另一台功放，这不仅可以节省分音器的费用，更可以保证出色的音质。

2）电子分音（Crossover）。此功能有三种选择：FULL（全频段）；HP（高通）分频点只让100Hz以上的频率通过，主要用于高、中音扬声器的设置；LP（低通）分频点只让80Hz以下的频率通过，主要用于低音扬声器的设置。其中有一些还设置分频可调式，可以根据系统的设计进行分点设定分频（有些器材只能固定在80Hz、100Hz、120Hz这三种频率点上）。

3）桥接输出（Bridged）。当功放采用桥接式接法后，输出功率一般可以提高一倍，从而使它在需要的时候增加用途（如用来推动超低音扬声器）。

4）输入增益调整（Gain）。此旋钮是用于调整功放的输入电压与主机传输过来的信号电压达到最理想的匹配状态，以保证声音不会有任何的失真。

5）音调调节。部分产品设置有低音（Bass）、高音（Tweeter）调节，可分别在45Hz、10kHz两个频率进行提升或衰减，调整范围在0～12dB之间，能令播放的低音更加丰满深沉，高音更加清晰透明。

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3.功率放大器主要规格说明

功放就如同人类一样，它的血统是否优良纯正，关系到它的进化或淘汰。一台好的功放，必须要有高水平工程师，才能设计出优良产品，不至于被市场所淘汰，一位好的工程师除了要了解电器方面，还熟悉电子材料的品质并了解市场上的需求。功率放大器主要规格见表2-2。

表2-2 功率放大器主要规格

（续）

1）输出功率。指功率放大器的额定输出功率。现代专业功率放大器多为双声道立体声方式，即有两组相同的功放线路，左右两个输出声道。也可接成桥式工作方式，它的峰值功率为额定功率的三倍多。

①额定功率（RMS）。额定功率指在一定的谐波范围内，能够连续输出的功率有效值。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最大功率输出（Peak Power）。当不考虑失真度大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，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 Output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；有的功放却显得力不从心、底气不足。瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来衡量。

④峰值音乐输出功率（PMPO）。它是以音乐信号瞬间能达到的峰值电压来计算的输出功率，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，峰值音乐输出功率比额定输出功率的（RMS）高出3～4倍。

2）频率特性。频率特性是指功率放大器对不同频率表现的放大性能，实际上就是测量对高频、中频、低频等各频率信号的放大是否均匀，理想的频率特性曲线应是平直的，通常从20Hz～20kHz的均匀性在±0.5dB之内。

3）失真（THD）。失真是指放大器输入信号与输出信号产生了波形的畸变或者信号成分的增减，失去原有的音色。失真有线性失真与非线性失真，优质功率放大器的失真度，一般控制在0.1%或者更小一些。

4）灵敏度。是一种调校电平，范围由100mV～6V甚至更多，调音时必须与音源匹配。

5）信噪比（S/N）。噪声主要是由晶体管（电子管）、集成块及电阻等组件产生的，输出信号电压与同时输出的噪声电压之比，就是信号噪声比，简称信噪比。信噪比越高表明它产生的杂音越少，放音质量就越高，高质量的功率放大器的信噪比大都在100dB以上。

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6）动态范围。通常，信号源的动态范围是指信号最强的部分与最微弱部分之间的电平差，以dB表示。而放大器的动态范围则是指它的最高不失真输出电压与无信号输出噪声电压之比。显然，放大器的动态范围必须大于节目信号的动态范围，这样才能获得高保真的重放效果。目前CD唱片的动态范围已达85dB以上，这就要求功率放大器的动态范围更大。

7）阻抗。阻抗并不是单一的，它由电阻的特性（Resistance）、电感对频率的反应特性（感抗，Inductive Reactance）以及电容对频率的反应特性（容抗，Capacitive Reactance）所组成。

阻抗是电路或设备对交流电流的阻碍作用，输出阻抗是在出口处测得的阻抗。阻抗越小，驱动负载的能力就越高。单位是欧姆（Ω）。

①输入阻抗。功率放大器的输入阻抗通常在20～150kΩ之间，高输入阻抗能够减小电路连接时信号的变化，才可以保证功率放大器的输入不会让前置放大器的输出出现过载。

②输出阻抗。功率放大器的输出阻抗则很低，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。可以把输出阻抗看作与负载串联，因此在设计上考虑，希望输出阻抗能够更低些。一般功率放大器的输出阻抗为：2Ω、4Ω、8Ω、16Ω，一般4Ω、8Ω用得最多。

8）阻尼系数。是指放大器的额定负载（扬声器）阻抗与功率放大器实际阻抗的比值。阻尼系数大表示功率放大器的输出阻抗小。阻尼系数是放大器在信号消失后控制扬声器锥体运动的能力。具有高阻尼系数的放大器，对于扬声器在信号终止时能减小其振动。

功率放大器的输出阻抗会直接影响扬声器系统的低频Q值，从而影响系统的低频特性。扬声器系统的Q值不宜过高，一般在0.5～1范围内较好，功率放大器的输出阻抗是使低频Q值上升的因素，所以一般希望功率放大器的输出阻抗小、阻尼系数大为好。阻尼系数一般在几十到几百之间，优质专业功率放大器的阻尼系数可高达200以上。

9）工作电压。汽车影音一般在10～15V的电压范围内正常工作。

10）爬升率（Slew Rate）。阻尼效应和爬升率是功放规格里最重要的两个系数，是关系功放声音是否干净清晰，或者是否具有朦胧美。现在应该清楚知道为什么有的功放声音清晰，有的模糊，除了用耳朵鉴赏外，还可以从功放规格中寻获。

爬升率可以比喻为车辆以多快速度达到终点而不致被后者追上。以声音做解释而言，当聆听一首优美的音乐，音量可以稍微大一些，如果听到像指甲刮黑板一样刺耳的声音，那表示功放的速度（爬升率）不够快，无法精确表现高频部分的细腻。爬升率高的功放应该表现出音乐当中的声场感、细腻感和弦乐器所能表现的松香味。

11）增益（Gain）。增益的意义就是由一个小的信号电平经过放大电路成为大的信号电平，也就是说由小变大之间的差异就叫增益，也叫放大率。反过来叫衰减率。原则上是采用倍数来计算，不过常常会在好几万倍的情形下，所以采用了dB这种表示单位。通常功放在串联的情况下放大倍数是相乘的，dB数是相加的。

比如说一部前级的平坦放大器，当输入信号电压为0.1V时，而输出电压为1V，这种称之10倍放大器，也就是具有20dB的放大能力；如果以0.1V的输入而能有10V的输出时，称此放大器为100倍放大，也就是40dB放大能力。

如果将信号电平减小到百分之一时，就叫-40dB衰减。比方说有一个20dB放大器后面又加一个20dB放大器然后再加一个20dB放大器这样看起来就是60dB，再看放大倍数就是1000倍。放大倍数和dB之间的关系及换算见表2-3。

表2-3 放大倍数和dB之间的关系及换算

例如60dB的电压增益比

60dB=20dB+20dB+20dB

1000倍=10×10×10

例如50dB的电压增益比

50dB=20dB+20dB+10dB

300倍=10×10×3

在音响系统内，一般以信号源的输入电平决定放大的增益，基本上分低电平输入及高电平输入两部分，低电平大部分指唱头输入包括MM、MC及（加升压器后）麦克风输出信号。高电平信号则指录音座、CD、DVD及一般大部分音频信号源的输出信号。

在标准的前级一般增益是10倍，也就是20dB，如果输出推动后级约100W的功率，在满功率时电压是1V，前级的信号输入端应该是0.1V，也就是说它在0.1V时已经满载了，超过后一定会造成失真及超负荷现象。但是一般的CD播放器的输出最少也有1V，当这样电压输入后一定要用一个衰减器来调整，也就是音量控制器，如果要减掉90%时就是-20dB的衰减，这时还是满功率输出。意思就是说我们在用音响控制器时，范围是在整个控制器的十分之一里面在变动，虽然在用的人表面看不出来，因为它是用指数规律来分配的，所以用在音响控制的电位器一定要用A型。如果用B型就是平均型，结果你必须要在最小端十分之一范围内调整。

与增益有关的重要观念：

①决定增益大小是由放大电路回授量的比值决定，或由变压器内线圈的比值来改变，和晶体管本身的放大系数无关，所以晶体管的放大率和配对输出的音量大小无任何关系。

②一般均为以电位器作为衰减增益的控制器。电路内的回授量及阻抗的匹配才是决定增益大小真正的方法。

③音响控制器的位置和输出功率大小无关，因为它是一个衰减器，只和输入信号大小及放大器的增益有关。