淺析舞臺(tái)設(shè)備音響功放的工作原理

音響中的功放是整個(gè)音響設(shè)備中的關(guān)鍵部件，所以音響發(fā)燒友們都在其上不惜花費(fèi)人力物力財(cái)力進(jìn)行“摩機(jī)”，在電源部分，電路的整體布局，用料等方面進(jìn)行不斷改良。

　　功放分膽機(jī)與石機(jī)，先討論石機(jī)。石機(jī)最初的功放為甲類(lèi)功放，這類(lèi)功放的功放管的工作點(diǎn)選在管子的線性放大區(qū)，所以就算在沒(méi)有信號(hào)輸入的情況下，管子也有較大的電流流過(guò)，且其負(fù)載是一個(gè)輸出變壓器，在信號(hào)較強(qiáng)時(shí)由于電流大，輸出變壓器容易出現(xiàn)磁飽和而產(chǎn)生失真，另外為了防止管子進(jìn)入非線性區(qū)，此類(lèi)放大器往往都加有較深度的負(fù)反饋，所以這種功放電路效率低，動(dòng)態(tài)范圍小，且頻響特性較差。對(duì)此人們又推出了一種乙類(lèi)推挽式功率放大器，這類(lèi)功放電路其功放管工作在乙類(lèi)狀態(tài)，即管子的工作點(diǎn)選在微道通狀態(tài)，兩個(gè)放大管分別放大信號(hào)的正半周和負(fù)半周，然后由輸出變壓器合成輸出。所以流過(guò)輸出變壓器的兩組線圈電流方向相反，這就大大地減少了輸出變壓器的磁飽和現(xiàn)象。另外由于管子工作在乙類(lèi)狀態(tài)，這樣不僅大大的提高了放大器的效率且也大大的提高了放大器的動(dòng)態(tài)范圍，使輸出功率大大提高。所以這種功放電路曾流行一時(shí)。但人們很快發(fā)現(xiàn)，此種功電路由于其功放管工作在乙類(lèi)工作狀態(tài)，所以存在小信號(hào)交越失真的問(wèn)題，而且電路需使用兩個(gè)變壓器(一個(gè)輸出變壓器，一個(gè)輸入變壓器)，由于變壓器是感性負(fù)載，所以在整個(gè)音頻段內(nèi)，負(fù)載特性不均衡，相移失真較嚴(yán)重。為此人們又推出了一種稱(chēng)為OTL的功率放大電路。這種電路的形式其實(shí)也是一種推挽電路形式，只不過(guò)是去掉了兩個(gè)變壓器，用一個(gè)電容器和輸出負(fù)載進(jìn)行藕合，這樣一來(lái)大大的改善了功放的頻響特性。晶體管構(gòu)成的功放電路有了質(zhì)的飛躍，后來(lái)人們又改良了此種電路，推出了OCL和BTL電路，這種電路將輸出電容也去掉了，放大器與揚(yáng)聲器采取直接藕合方式，直到現(xiàn)在由晶體管組成的功放電路，其結(jié)構(gòu)基本上是OCL電路或BTL電路。OCL電路與OTL電路不同之處是采取了正負(fù)電源供電法，從而能將輸出電容取消掉。BTL電路是由兩個(gè)完全獨(dú)立的功放模塊搭建組成，如圖C所示，IC1放大輸出的信號(hào)一部分通過(guò)IC2反相輸入端，經(jīng)IC2反相放大輸出，負(fù)載(揚(yáng)聲器)則接在兩放大器輸出之間，這樣揚(yáng)聲器就獲得由IC1和IC2放大相位相差180度的合成信號(hào)了。

　　不論是OCL或BTL功放電路，由于其去除了輸出變壓器和輸出電容器，使放大器的頻響得到展寬。與揚(yáng)聲器配接方面，當(dāng)功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱(chēng)阻抗低于其額定負(fù)載阻抗的音箱時(shí)，理論上將使輸出功率增加，但這是有條件的，功放必須有足夠小的輸出內(nèi)阻且必須有足夠大的電流增益，電源能提供足夠大的工作電流，否則不但不失真功率不能增加反而引致放大器性能下降。另一種情形是功率放大器連接一個(gè)標(biāo)稱(chēng)阻抗高于其額定負(fù)載阻抗的音箱，這時(shí)似乎功率放大器會(huì)輕松些，其實(shí)也不盡然，如果放大器的電源電壓容量不夠大，重放時(shí)可能未到其額定輸出功率就發(fā)生電壓過(guò)載失真。另外揚(yáng)聲器音圈會(huì)產(chǎn)生感生電動(dòng)勢(shì)，這個(gè)感生電動(dòng)勢(shì)對(duì)揚(yáng)聲器的運(yùn)動(dòng)有阻尼作用，放大器的輸出阻抗對(duì)揚(yáng)聲器所產(chǎn)生的感生電動(dòng)勢(shì)有旁路作用，從而能有效地抑制揚(yáng)聲器的感生電動(dòng)勢(shì)。

　　綜上所述，晶體管功放要得到好的放聲效果，就必須要有較低的輸出阻抗，較大的電流增益，電源方面要能提供足夠大的工作電流和較高的電源電壓且瞬態(tài)效應(yīng)好。

　　為了使放大器具有較低的輸出阻抗和較大的電流增益，功放的后級(jí)我們可用多對(duì)功率管并聯(lián)來(lái)實(shí)現(xiàn)，并且選取耐壓值盡可能高的功放管，使其能適應(yīng)不同阻抗的負(fù)載。不過(guò)此舉就要增加推動(dòng)功率了，一臺(tái)好的功放對(duì)電源的要求的苛刻的，為了能提高瞬態(tài)響應(yīng)和提供足夠的電流整流管要采用大電流開(kāi)關(guān)型整流二極管(有人稱(chēng)為高速整流二極管)，另外濾波電容要采用萬(wàn)μF以上的。由于功放在工作時(shí)產(chǎn)生的瞬態(tài)電流達(dá)10安(視功放機(jī)的功率而定)以上，后級(jí)的接觸電阻和連線電阻均不能忽略，例如:電路存在0。1歐的交流阻抗，那么在10安電流的作用下就在其上產(chǎn)生1伏的交流電壓，這個(gè)交流電壓會(huì)藕合到前級(jí)，輕則產(chǎn)生交流干擾，重則會(huì)使放大器產(chǎn)生自激而損壞功放管。我們?cè)S修過(guò)多臺(tái)大功率功放機(jī)，因整流二極管接觸不良或?yàn)V波電容虛焊而造成燒壞功率管的。另外，由于大功率的功放機(jī)均具較高的增益，所以電源的去藕電路就非常重要，否則很容易產(chǎn)生交流聲干擾。一般的功放機(jī)均要兩級(jí)以上的LC濾波電路，且濾波電容的接地點(diǎn)的選取均有講究。最后就是電源變壓器了，現(xiàn)在的功放機(jī)其總體效率大概在50%--60%左右，所以所選擇的電源變壓器的功率的選取應(yīng)為: 擴(kuò)音機(jī)的最大不失真功率/0。5 例如:一臺(tái)最大不失真功率為100瓦的功放機(jī)其電源變壓器的功率應(yīng)是100/0。5=200瓦。另外為了減少電源內(nèi)阻和漏感對(duì)放大器的干擾，在電源變壓器的設(shè)計(jì)上應(yīng)盡量減少每伏匝數(shù)和選用高磁通率的鐵芯。環(huán)牛(環(huán)形鐵芯變壓器)就是一種性能較好的變壓器。

　　在這里還要提一提的是功放機(jī)的一個(gè)非常重要的參數(shù)---動(dòng)態(tài)范圍。我們知道現(xiàn)在高檔的數(shù)字化音源如CD機(jī)，DVD機(jī)由于采取了高比特率的數(shù)字量化，其輸出的音源的動(dòng)態(tài)范圍達(dá)90db以上較傳統(tǒng)錄音機(jī)(40--70db)大。所以，功放機(jī)如果沒(méi)有足夠的動(dòng)態(tài)范圍與之相配就很容易產(chǎn)生切峰失真(削波效應(yīng))，在切峰失真的信號(hào)波形中包含了極豐富的功率能量很大的高次諧波成份，它們加入到音箱中，其能量就極可能超過(guò)揚(yáng)聲器的承受功率而令其燒壞。所以在功率放大電路中，為了防止放大器進(jìn)入削波狀態(tài)，在電路上都加入了負(fù)反饋電路。負(fù)反饋電路雖然有效地防止了削波的產(chǎn)生，但它也使信號(hào)產(chǎn)生線性失真(幅度失真)和非線性失真(相移引起)。半導(dǎo)體器件制造在今天已經(jīng)有了很大的進(jìn)步，大動(dòng)態(tài)范圍的半導(dǎo)體器件已經(jīng)問(wèn)世，在此前提下，人們提出了無(wú)負(fù)反饋功率放大器的概念，由于不存在負(fù)反饋，放大器的保真度將進(jìn)一步得到了較大的提高。

　　現(xiàn)在來(lái)談一談膽機(jī)(電子管機(jī))以其音質(zhì)柔和悅耳而受眾多音響愛(ài)好者的追捧。它與晶體管不同之處有下面幾方面：1、晶體管的電路結(jié)構(gòu)比電子管復(fù)雜;2、晶體管的集電極電流基本上不受集-射電壓Vce的影響，而電子管的陽(yáng)極電流和陽(yáng)極電壓基本上符合歐母定律;3、晶體管易受溫度的影響，而溫度對(duì)電子管影響較少;4、晶體管工作在低電壓大電流狀態(tài)，因此對(duì)電源的要求高;而電子管工作在高電壓小電流狀態(tài)對(duì)電源的要求相對(duì)比較低;5、晶體管是電流控制器件，輸入輸出阻抗低，而電子管是電壓控制器件，輸入輸出阻抗高，因此電子管功放都必須要有一個(gè)輸出變壓器與負(fù)載匹配。由于輸出變壓器的電磁慣性和傳輸頻帶(特別是高頻段)變窄的原因，音頻信號(hào)被柔化了，聽(tīng)起來(lái)音質(zhì)柔和(其實(shí)這并不是高保真);6、電子管的過(guò)載能力比晶體管強(qiáng)，所以動(dòng)態(tài)范圍相對(duì)比晶體管高，因而聲音聽(tīng)起來(lái)比較悅耳。