2.4 专业功率放大器

2.4.1 专业功率放大器的分类

（1） 根据监控信号和音频信号的传输方式，专业功率放大器可分为数控功率放大器、数字功率放大器及网络功率放大器，通常被统称为数字功放。

①数控功率放大器或准数字功率放大器：数字控制信号通过RS485串口控制线与计算机连接；声频信号依然属于模拟信号，通过音频线接入功率放大器。

②数字功率放大器：以CROWN数字功率放大器为例，可在计算机上远程多点监控数字控制信号；数字音频信号通过标准以太网传输到功率放大器。

③ 网络一线通网络功率放大器：数字监控信号和数字音频信号都在以太网中的一条标准CAT5上传输。

（2） 根据工作方式，专业音频功率放大器有末级放大功率管采用AB类方式工作的模拟功率放大器和P WM （脉冲宽度调制） 方式功率放大器。

P WM方式功率放大器是将模拟信号采用P WM调制脉冲宽度，再经桥式电路、D类工作模式放大器及低通滤波器后输出。

（3） 根据电源的处理方式，专业功率放大器分为传统式功率放大器和开关电源式功率放大器。

传统式是采用滤波电路对整流器输出的脉动电压进行滤波并产生直流电压；开关电源式是利用开关电源代替滤波电路，使交流电转变为直流电，效率得到提高。

2.4.2 数字功率放大器的工作原理及输入信号电平的调节

1.数字功率放大器的工作原理

数字功率放大器是由数字信号处理器与专业功率放大器组合为一体的设备，如图2-17所示。数字信号处理器的输入信号为模拟音频信号或数字音频信号；输出信号为具有一定功率的模拟信号。专业功率放大器的末级功率管可工作在AB类或D类，音频信号先经脉冲宽度调制 （PWM），再进入D类工作模式的PWM功率放大器，如图2-18所示。

PWM功率放大器的最突出优势是采用D类工作方式，能量转换效率为90%以上；AB类工作模式的功率放大器，能量转换效率的理想值为75%左右。如果音频功率为100W，则提供给PWM功率放大器功率管的直流功率为110W，AB类工作模式功率放大器功率管的直流功率为132 W，即后者比前者多散热22W。

2.输入信号电平的调节

P WM功率放大器输入级的脉冲宽度调制器同样存在不失真电平的限制，要求前级送入的信号电平不能超出限制值，否则会产生削波，通常在前面板设置电平柱表，用Clip红灯显示。若红灯亮，则应调节输入电平衰减器。

2.4.3 专业模拟功率放大器

目前使用最多的功率放大器多是输出级工作在AB类的桥式电路模拟功率放大器，在使用中要注意如下问题。

（1） 外接扬声器的阻抗最好等于功率放大器的输出负载，尽量避免将阻抗不等于输出负载的扬声器接入，既不能将4Ω的扬声器接至功率放大器8Ω的输出端口获得大功率输出，也不能将16Ω的扬声器接至功率放大器8Ω的输出端口获取低功率输出，应按照阻抗的匹配原则连接扬声器和功率放大器。有些功率放大器设有2Ω、4Ω及8Ω多个输出端口，有很大的灵活性。

（2） 双通道模拟功率放大器 （工作模式）的选用。

双通道模拟功率放大器的工作模式有三种，即STEREO立体声、PARALLEL单声道并联、单声道串联桥接BRIDGE。

桥接模式的注意事项：

① 工作在单声道：左声道或右声道，输入信号仅送一路；

②将工作模式开关扳到BRIDGE；

③ 立体声ST模式和桥接模式的连接方法如图2-19所示。

图2-19 （b）中，双通道功率放大器的单路输出功率为500W （8Ω），将工作在立体声模式的两个500W （8Ω） 扬声器串接后，接至双通道放大器双路输出的红色接线柱输出端，每个扬声器获取的功率为500W，共获取1000W，相比单路输出500W提高1倍。

图2-19 （c）中，改用2000W （8Ω）的扬声器接至双通道放大器双路输出的红色接线柱输出端，扬声器获取的功率为2000W，是单路功率放大器 （输出功率为500W）的4倍（实际值达不到）。

若改用4000W （4Ω）的扬声器接至双通道放大器双路输出的红色接线柱输出端，则扬声器获取的功率为4000W，是单路功率放大器 （输出功率为500W）的8倍。这是理论值，4000W （4Ω）的扬声器接至功率放大器的桥接输出端实现起来有一定的困难，并充满危险性，不能轻易试用，即使产品技术说明书举例说明，也要慎重。

从安全、可靠性出发，桥接模式是单路功率放大器输出功率500W的4倍较为理想。

（3） 灵敏度开关的使用。

功率放大器在背面板设有灵敏度开关+4dBu/26dB，可以选择输入电平。其中，26dB表示在+4dBu基础上的增加量，26dB对应为30dBu（31.6×0.775V=24.49V）。使用时，一定要看清灵敏度开关的位置。输入灵敏度高 （+4dBu），意味着功率放大器的放大倍数高；输入灵敏度低 （扳向26dB），需要前级供给较大的电压才能输出额定功率。

若某1000W的功率放大器由前级、中间级及末级三级放大器组成，如图2-20所示，当灵敏度开关放置在+4dBu （红线路径） 时输入信号至前级，放置在26dB （绿线路径） 时输入信号跳过前级至中间级放大器。这意味着，当灵敏度开关放置在26dB 时，输入信号+4dBu表现输入不足，输出达不到1000W；当灵敏度开关放置在+4dBu时，输入信号26dB （30dBu）出现过载，有可能损坏功率放大器的前级。

通常，灵敏度开关放置在+4dBu高灵敏度时，调音台后续设备的输入/输出电平旋钮为0dB刻度，当调音台主输出达到+4dBu （LED电平柱表显示在0dB刻度） 时，功率放大器将输出额定功率；向上推调音台主输出推子或任意一个输入通道的推子，调音台主输出将超过+4dBu （LED电平柱表显示在0dB刻度以上），此时功率放大器的输出大于额定功率，将产生信号失真，因此在演出现场不能一味地向上推动调音台主输出推子或任意一个输入通道的推子。

（4） 浮地开关的使用。

浮地开关可切断电路系统的“信号地”与机壳 “安全地” 之间的通路，消除由非同一地电位引起的交流声。

2.4.4 瑞典Lab模拟专业功率放大器

1.瑞典Lab FP10000Q专业功率放大器

（1） Lab FP10000Q专业功率放大器 （简称Lab FP10000Q） 为四通道功率放大器，前面板布局如图2-21所示。

图中，①为通道增益旋钮 （每一个通道一个）。②为前面板LED指示灯 （1），如图2-22所示。

□ VHF：超高频保护指示灯 （黄色为开启，输出静音）。

VHF超高频保护功能：FP系列功率放大器都具有保护电路，可监测从10 kHz左右直至超声波的输入信号。如果检测到VHF信号，则输出将会在重新测量之前静音6s。若一直都没有检测到持续的超高频信号，则输出将会取消静音，回到正常的运行状态。VHF保护的运行范围取决于输出功率的频率。

VHF保护的启动时间是随着频率的升高而逐渐缩短的。前面板的黄色LED灯表示在启用VHF保护时，输出信号正处在6s静音状态。D软件Device Control （设备控制）将会通过Nomad Link网络在GUI （图形用户界面） 上报告故障信息。

□ TEM 温度过高而警告 （黄色闪烁）；温度过高而静音 （黄色常亮）。

高温保护功能：在每一个输出通道上都设置热量测量点，在电源处也设置。当传感器检测温度超过规定的最大值时，前面板TEM （温度）的LED灯开始闪烁，发出高温警告。警告同样会通过Nomad Link网络显示在软件Device Control的GUI （图形用户界面） 上。当功率放大器的温度接近热量保护的阈值时，一列LED灯开始短时间闪烁。如果功率放大器的温度仍然过高或接近极限值，则LED灯的闪烁时间会越来越长，直到激活温度保护模式。如果功率放大器的温度逐渐升高，且不能继续运行，则会静音温度过高的通道，直到温度恢复到设备可接受的范围内。TEM （温度）的LED灯持续点亮，表示温度保护功能 （带静音） 完全启动。同样，故障报告会通过Nomad Link显示在软件Device Control的GUI （图形用户界面）上。每间隔6s测量一次温度。当通道或电源温度恢复到安全运行温度后，输出会取消静音状态。

□MUTE：通道静音指示灯，通过Nomad Link网络的静音通道 （红色） 送入功率放大器的末级。静音的目的是当末级功率放大器的工作状态出现异常时，可自动切断信号，对设备进行保护。

▼CLIP：电流峰值限制器指示灯 （橙色闪烁为开启）。

□ CPL：低阻/短路故障检测 （橙色常亮，输出静音）。

电流峰值限制器可确保功率放大器不会被超出晶体管物理极限的输出电流损坏，保证功率放大器处在安全工作范围内。CLIP的值是不可调的，不同的功率放大器具有不同的CLIP值。

CPL通过前面板每一个通道对应的橙色LED灯指示。错误警报也显示在软件Device Control的GUI （图形用户界面） 上。橙色LED灯持续点亮表示短路或阻抗很低，在再次测量输出阻抗之前，将会输出静音6s，直到短路被修复时，输出将自动取消静音。输入信号必须进行短路和低阻抗检测。如果CPL和-4dB的指示灯同时亮，则功率放大器会由于过大的电流而被强制进入电流限制状态 （输出静音）。

低阻抗或短路故障会在电流消耗很高 （电流峰值限制器启动） 或输出信号很低 （-4dB的LED灯不亮） 时启动，功率放大器静音输出信号并旁通电路，防止损坏功率放大器的输出管。故障时，电流峰值限制器的橙色LED灯持续点亮，保护功能有6s的时间间隔进行重新测量。如果低阻抗故障不需要再次检测，则功率放大器将取消输出静音。

□ VPL：电压峰值限制器 （红色为启动）。

▼ HI-IMP：高阻/负载开路检测 （橙色）。

高阻警告 （开路负载）：输入信号检测为高于-29dB，没有有效的扬声器与功率放大器连接，可通过红色的Sig/Hi-imp （信号/高阻抗） LED灯进行识别，变为绿色时，表示有效负载出现在相同输入信号的条件下。

□ SIG：信号电平指示灯。

□ BRIDGE：桥接模式指示灯 （黄色为开启），A+B或C+D桥接。

功率放大器末级电路采用桥接模式，输出两端只有直流电压，电压相等，电压差为零，当电压差不为零时会损坏扬声器。一旦出现电压差，则在输出端会触发输出静音功能，切断电源供电，点亮LED灯。

灵敏度随输出功率和负载阻抗 （通常4Ω为参考值）的变化而变化，建议使用软件Device Control来简化这一过程。软件Device Control的Device View page与DIP切换器设置显示屏结合使用，可以根据给出的数据 （电压峰值限制值、增益及负载） 自动生成灵敏度的数值。

③为前面板LED指示灯 （2），如图2-23所示。

（2） Lab FP10000Q专业功率放大器的背面板布局如图2-24所示。

2.Lab FP系列专业功率放大器

Lab FP系列专业功率放大器的信号流程如图2-25所示。

Lab FP系列功率放大器具有的共同点：同样的信号流程和同一性能的设置；不同点：仅为每一个通道的最大输出电流和电压峰值限幅 （VPL）的设置。

Lab FP系列功率放大器的输入级可提供足够的系统过载，意味着输入级几乎不能产生削波，可通过调节DIP开关的GAIN匹配达到输出功率要求的输入电平。

启用动态限幅建立在从输出级反馈检测的电流值和输出放大器 （当 “软削波” 已被激发） 检测VP L电压削波 （输出放大器的电压削波）的基础上。选定的VP L值应确保功率的输出值在限幅范围内被抑制。

可调节的电压峰值限幅 （Voltage Peak Limiter，VPL） 应设立最大输出电压和最大输出功率，通过调节功率放大器后面板的DIP开关可得到8个不同的电压等级。Lab FP9000和Lab FP6000Q功率放大器仅可提供6个不同的电压等级。

结合如图2-25所示Lab FP 系列专业功率放大器的信号流程分析内置压缩限幅过程：当输入信号电平超过VPL设置值时，末级功率放大器产生 “Voltage Clip sensing （电压削波检测）” 信号并送至压缩方式开关，启用 Hard/Soft Switch硬/软开关中的一种方式 （可通过DIP面板选取） 作用于Dynamic Gain reduction （动态增益器） （实际是降低增益），同时又发出Current Clip sensing （电流削波检测） 送入动态增益器，通过降低增益，使大信号幅度不失真压缩，达到大动态信号限幅的目的。

DIP开关的面板如图2-26所示。

图中，① GAIN （增益）：通过调节左侧23～44dB设置四个通道的增益，每级3dB，调节值为23～44dB。单个通道的增益 （电平） 可通过前面板的电位器进行调节，从0dB到负无穷，分31级，按对数递减衰减，12点的位置表示-10dB。

▲OPTION ACTIVE：选项激活。

▲FAN MASKED：开启时，启用智能风扇功能，在没有信号时可降低风扇转速。

▲BRIDGE C+D：切换成对的通道 （C+D） 为桥接模式。

▲BRIDGE A+B：切换成对的通道 （A+B） 为桥接模式。

②VPL-VOLTAGE PEAK LIMITER （电压峰值限幅）。电压峰值限制器可单独调节38～150V的8种电压，取值原则应适合连接的扬声器。VPL是C系列功率放大器的特有功能。选择每一个输出通道的VPL值为最大峰值电压并转换为有效值，可通过调节DIP 开关选定所需的电压。当输出为低阻抗系统 （2Ω、4Ω、8Ω或16Ω） 时，有时需要调节较低的VPL值，避免过高的持续功率送至扬声器或输出通道因有过大的电流消耗而过热。

MODE：模式开关。

SOFT：软，限幅启动采取平滑过渡。

HARD：硬，限幅启动即刻生效。

VPL的工作模式基于硬、软两种模式。如果扬声器工作在超低频和低频通道，建议选择硬模式；如果工作在中、高频通道，建议选择软模式。

3.Lab Nomad Link网络设置

Lab Nomad Link网络的标准配置包含检测和控制Nomad Link网络的内部设备。Nomad Link网络中的所有功能都可以通过安装在计算机主机上的Lab.gruppen专用软件Device Con-trol进行实现。

NLB 60E Nomad Link网络控制器用来接收计算机发出的TC P/IP 数据流，并将其转换为Nomad Link协议；独立供电开启运行，可实现静音及报错和预警功能；与计算机主机连接时，使用标准的以太网接口和交叉五类网线 （点对点设置）；前、后面板的网络接口可以独立使用，但在同一时间只能一台运行软件Device Control的计算机主机访问网络；默认的TCP/IP地址为192.168.1.166，子网掩码为255.255.255.0；与Nomad Link连接时使用标准的平行五类网线，出于更安全的考虑，可以使用Neutrik Ether Con “XLR-type” 卡侬式网络连接头制作线缆；输出端口必须与第一台功率放大器的输入网口连接，再从第一台功率放大器的输出网口连接下一台功率放大器的输入网口，形成串联，最后将最末级功率放大器的输出网口连接在NLB 60E的输入端口，使整个系统链路为环状，有助于提高冗余和通信速度；闭合的外部触点和24V低/高触发器与NLB 60E的GPI连接器连接，可对报警系统或电源定序器进行控制。

多台Lab FP系列功率放大器与计算机的连接如图2-27所示。

4.Lab功率放大器参数速查表

Lab功率放大器参数速查表见表2-1。

5.DIP开关面板GAIN和VPL的选值操作

DIP开关面板GAIN和VPL的选值操作如图2-28所示。

（1） GAIN的选取

方法一：按照图2-28中的标注1，选定输出功率为某值，换算为对应的dBu后，扣除使用者设定的GAIN值，即为该功率放大器的输入电平。

例如，选定图2-28中的700W/8Ω→74.83V有效值→39.70dBu，若DIP中的GAIN值选为23dBu，则功率放大器的输入电平应为39.70dBu-23dBu=16.7dBu；若DIP中的GAIN值选为34dBu，则功率放大器的输入电平应为39.70dBu-34dBu=5.07dBu。

方法二：若已知输入电平为×dBu （前级送入的信号电平），则DIP中的GAIN值应选为39.70dBu-×dBu。若输入电平为5.07dBu，则GAIN值为34dBu。

（2） VPL的选取

按照图2-28中的标注2，根据功率放大器在8Ω负载下的输出功率和使用的扬声器功率，查表可得 VPL的临界值。例如，功率放大器：700W/8Ω，扬声器：700W （额定功率），查表得到的输出电压峰值106V可作为DIP中的VPL临界值。

6.Lab FP系列功率放大器的电压峰值等级 （ VPL） 和通道的输出功率

Lab FP13000功率放大器的电压峰值等级 （VPL） 和通道的输出功率见表2-2。

Lab FP10000Q功率放大器的电压峰值等级 （VPL） 和通道的输出功率见表2-3。