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功率放大器的回顾(2)
hc360慧聪网专业灯光音响行业频道 2004-02-10 15:31:07


  三、功放输入级——差动与共射-共基

  对称和平衡是电路发展的方向对称和平衡也许是世上事物完美的标志之一。
 
    音乐讲究各声部之间的乎衡与统一,美术以色彩搭配均衡、和谐为美,在服装设计中,常常采取看似不对称的设计,其实质也是为了取得视觉上的均衡。上面所说的都是艺术,对称和平衡给人一种安定、完美的感觉。有意思的是,在功率放大器中,对称和平衡也有类似的效果。

  最初采用对称设计的例子要算互补对称电路了,一上一下的两只异极性晶体管作推挽输出,不仅可以免除笨重的输出变压器,而且电路的偶次谐波失真在推挽的过程中被抵消了,保真度有了很大提高。稍后,人们从运算放大器的设计中得到启迪,将左右对称的差动式电路用于功率放木器的输入级,电路的稳定性和线性都得到改善,这时的电路结构如图六所示,这一结构直至今天都还有人采用。

  如果以现代的眼光来审评,这一电路是显得过时了一点。电路的主要缺陷在于电压推动级,因为 Q1承担了提供电压增益的主要任务,必然是开环失真很大,频带狭窄。此图六 典型的 OCL放大器外,单管放大的过载能力也很差,这一系列的缺点是不利于电路的动态性能的。围绕着改进电压推动级的性能,人们相继提出了多种结构,共射——共基电路就是一个典型的例子。

  共射——共基电路又叫“猩尔曼”电路,它原先是高频电路中广为采用的结构,但用于音频电路中同样可以发挥出色的性能。首先是它的宽频响,由于共基放大管 Qs非常低的输入阻抗,使 Q,丧失了电压增益,弥勒效应的影响就非常微弱。

  宽频响的推动级拉开了与输入级极点的距离,相位补偿变得很’容易,而且电容 C的容量可以大大减小,这对于改善 TIM失真是很有利的。

  第二个优点是电路的高度线性:共基极电路的输出特性也可以清楚地显示出这一点,有人作过测试,共射一共基电路的失真度比单管共射电路要低一个数量级。

  结构依然是一种不平衡的设计,这一限制来源于输入级。如果把输入级变动一下(图九),从互补推挽的 Q:和Qg的集电极输出信号,那么电压推动级就可以在图七的基础上再增加一组 NPN管构成的共射一共基电路,做到推挽输出,这时电路也就非常对称平衡了,几乎达到了完美的程度。

  当今许多最先进的功率放大器采用的也是这种电路结构。图八是另一种电压推动级的形式,其输入信号来自图六中的 Ql和 Qs,当然此时 Qz必须加上集电极负载电阻。电压推动级也采用对称的差动放大,这不仅可以改善输入级的平衡性,提高放大能力和共模抑制比,而且同样可以降低推动级的失真,因为差动式放大电路当输入在一定的范围内时具有线性的传输特性,有的电路还在 Qn、 Qz的发射极串人负反馈反阻,更加扩大了线性范围。 Q2和Qd构成镜像电流源,把 Q,的集电极电流转移到 Qz上,所以尽管是单端输出,电流推动能力却比原来增大了一倍。 PIONEER的M22K功率放大器就是采用的这种电路结构,取得了非常好的效果。对称和平衡不仅体现在电路的结构上,还表现于元器件的参数上。差动电路是集成运放中广泛采用的结构,其性能是建立在两只差分管 Hrs和 Vss精确匹配的基础之上。同样,推挽电路中,如果两只异极性的晶体管特性不一致时,对波形的两个半周就不能做到一视同仁地放大,这将增力D电路的失真度。

  随着节目源的变化,音乐中包含大量瞬变、高能量的成份,要完美地重现这些细节,就要求放大器具有良好的动态响应,对晶体管配对的要求就不仅是静态的 HrR和 VBE匹配,而且在动态时也要高度匹配,这无疑对元器件参数的平衡提出了更苛刻的要求。

  幸运的是,半导体技术的进步为我们提供了这种可能,各种各样的差分对管、晶体管阵列陈出不穷,单个的晶体管一致性也得到较大提高。正是这些优质的元器件,让对称电路设计的优点得以充分体现,今天看到一台全无负反馈的电路也不会觉得惊讶,因为已经有足够好的开环性能了,又何必为了几个仪器上的数据去牺牲放大电路的动态响应呢? Go Top

  四、放大器的电源与甲类放大器

  极端重视电源的现代放大器“放大器不过是电源的调制器”,这句话道出了放大的实质。

  既然如此,又有什么理由不引起对电源的高度重视呢。电源部份作为推动扬声器发声的源泉,再也不应象过去那样随便找个整流电源接上了事。对电源的要求有两个方面,即纹波噪声小,输出能力强。噪声小比较容易办到,只要加大滤波电容器的容量就可以,但是要做到输出能力强却不简单。

  首先要加大电源变压器的容量,这是过去一些放大器生产厂所不乐意的,因为加大电源变压器容量会使成本大量增加,整机的重量和体积也会加大;但现在听小喇叭的人越来越多,这些小喇叭大多效率很低,有些名牌音箱如 Celestion SI一6O0或 Ro3ers LS3/5a,十分大食难推,再加上现代节目信号中常常出现一些炮弹爆炸,锣鼓敲击的声音,对放大器是一个极为严峻的考验,同样两台100W的放大器,一台可能让你感觉到大炮地动山摇的震撼力,而另一台可能象是破鼓在“咐咐”作响。所以现代优质的功率放大器的电源储备量十分惊人,往往采用巨大的环形变压器,再配合容量达数万甚至数十万徽法的电容器,以提高电源的瞬时供应能力。

  KRELI的功率放大器号称“功率发动机”,如 KSA一250功效,在8Ω时输出功率为250W/每声道,4Ω时为5O0W,2Ω时为1000W, lΩ时为2000W,而且任何状态下失真均小于0,1%,真是惊人 !

  MarkLevi2zson的产品也是极端重视电源的典范。提高电源的质量,不仅是量的加大,还有质的提高。滤波电容是一个关键,它除了起平滑滤波和储能的作用以外,还是音频信号的通路,因此优质放大器中常常采用专门为音响用途而生产的电容器,以求获得更好的音质。 KRELLKAS放大器中,电源部份竟然采用稳压电源供电,这台机器可以在纯甲类状态下输出400W的功率,为此,其电源部份也付出了采用60只大功率晶体管的代价。

  重视电源的一个副产物就是甲类放大器再度成为时尚(这并不是贬意)。甲类放大器一直因为耗电多,效率低而未能在大功率的放大器中得到应用,但它天然的优点是无交越失真,无开关失真,并且谐波分量中主要是偶次谐波,在听感上十分讨好听众,故而一些极度发烧的爱好者和厂家仍不惜代价地制作甲类放大器,电源储备量的提高更是为制作甲类放大器提供了有利的条件。 Go Top

  五、其他类型的放大器

  最好的功率放大器还没有出现人们对功率放大器的研究一刻也没有停止过,新的元器件、新的电路形式、新的理论不断出现,放大器的研究也针对这三个方面全面地铺开。不器件上, VMOS管的使用是八十年代以来的一个新动向。

  VMOS管频响宽、线性好、无二次击穿以及电压推动等一系列优点吸引了越来越多的使用者,它的音色也与电子管很接近,投合了胆机迷的口味。 现在主要是缺乏品种众多的 P沟道互补管,这个问题相信很快就能解决。

  IGBT也是值得注意的一种新器件,它由 MOS管与双极晶体管复合构成,兼有 VMOS管的电压激励和双极晶体管压降低的优点,很有发展前途。电路的研究以日本的各家公司最为活跃,近年来,一些公司从全新的角度提出了一系列电路,如YAMAHA的 ALA, SONY的电流传输,Technics的 CLASS AA, DENON的双超线性,还有英国  Quad的电流倾注,都试图消除失真的产生,可是人们更欣赏的却是以精良元件和精湛工艺制作的不带这些附加措施的放大器。

  此外,对电路的客观技术指标与主观音质之间的精确关系还有待弄清,这需要有新的理论作为指导。国内外的学者们从不同的角度提出了全新的理论,有的认为人耳的动态听觉上限超过了20kHz,有的提出了计权失真度的概念,认为人耳对不同频率的失真具有不同的感知阂值,从10%到0.01%,并给出了实验得出的阂值曲线。在上述的观点指导下,必然要制作频带更宽,全频带失真都极低的功率放大器,而且节目源也有待改进,当然这些理论的正确性需要通过实践的检验。

  新的技术飞跃往往是新材料、新理论、新方法的出现之后产生的,音频放大器同样也不会例外。在科技日新月异的时代,我们有理由期待更完美的功率放大器的出现。

功率放大器的回顾(1)
信息来源:音响世界商务网 
 
 
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