功率放大器的工作原理和使用技巧

功率放大器（power amplifier）：简称“功放”，是指在给定失真率条件下，能产生最大功率输出以驱动某一负载（例如扬声器）的放大器。

​▍工作原理

利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流放大，就完成了功率放大。

▍基本组成

功率放大器通常由3部分组成：前置放大器、驱动放大器、末级功率放大器。

1、前置放大器起匹配作用，其输入阻抗高（不小于10kΩ），可以将前面的信号大部分吸收过去，输出阻抗低（几十Ω以下），可以将信号大部风传送出去。同时，它本身又是一种电流放大器，将输入的电压信号转化成电流信号，并给予适当的放大。

2、 驱动放大器起桥梁作用，它将前置放大器送来的电流信号作进一步放大，将其放大成中等功率的信号驱动末级功率放大器正常工作。如果没有驱动放大器，末级功率放大器不可能送出大功率的声音信号。

3、末级功率放大器起关键作用。它将驱动放大器送来的电流信号形成大功率信号，带动扬声器发声，它的技术指标决定了整个功率放大器的技术指标。

▍常见种类

射频功率放大器：

射频功率放大器是各种无线发射机的重要组成部分。在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。

射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能的小，以避免对其他频道产生干扰。

高频功率放大器：

高频功率放大器用于发射级的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收级可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。

高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。

▍使用技巧

功率放大器在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。

对于很多人来说，对放大器并不是十分的了解，不清楚在功放音箱中，都需要哪些的配件进行配置，才能将功放的效果播放到一个最佳的状态。

第一种：在喇叭下面装个电阻做电流取样，实际上反馈回去的还是电压信号，是模拟的电流反馈，做的人最多，但是这个电路有缺陷的，有2个方面的原因：

1、输出增益会随着阻抗的变化而变化。结果使加在喇叭2端的不是恒压了，好象这样可以使加到喇叭上的功率恒定。

由于扬声器的声压特性曲线是在恒压输出下测试的，所以单纯的这种电路并不好声，听感不佳，好玩而已，不过有改进型的电路，以电压负反馈为主，加适量的这种类型的电流负反馈，倒是可以做出不错的声音，但此时电流负反馈的作用是改变功放的阻尼系数，对幅频特性影响不大。

2、取样点在喇叭的下面，喇叭是个电感，电流流过电感其相位会变化，低频还好，高频可以移相90度，相位特性极差。

第二种：负阻放大器，除了在一些特别的场合，第一个用于音响上并取得成功的是YAMAHA，其主要的作用是对低频的延伸有很好的改善作用，但是对200Hz以上的频率却会起到劣化音质的效果，所以一般是用在超低频有源音箱上。

实际上，这种电路是和音箱搭配使用的，单独没有什么实际使用的意义。其工作原理是：如果音箱是一个刚体，那么加上一个管子，就可以变成一个理想的霍尔莫滋共鸣箱，那么不管这箱子大小如何，管子的粗细怎样，只要符合霍尔莫滋共振计算公式。哪怕20Hz的谐振点也可以做的到，箱子的大小，只是效率高低而已，由于音箱上有喇叭的存在，喇叭在发声的时候是在运动的，音箱就不是一个刚体，那么箱子就不会产生霍尔莫滋共鸣。

因此，如果在发声的时候喇叭的振膜是静止不动的。那么，箱子就接近刚体，就可以满足霍尔莫滋共振的条件，可以任意的设计这个箱子的谐振点。发声的时候让喇叭不动的工作就是负阻功放的任务了。负阻功放的工作原理是当喇叭在低频段工作的时候，其阻抗特性急剧变化，放大电路通过电流取样将这种变化取出来反馈给功放，使得功放以电流的形式进行控制喇叭，如果对放大电路进行等效分析，可以发现功放的内阻在计算上成负阻特性。

在动态放大的时候使得喇叭加放大器的内阻接近于0。结果这种电路使得在喇叭不管朝哪个方向都受到很强的阻尼。只要发声以结束，喇叭就不动了，箱子也就变刚体了。

第三种：电流模反馈放大电路，这个才是实用的电流放大电路，也是真正的电流型负反馈，其反馈的信号是电流，不是电压，就是说在负反馈端不是加上，而是加入，有电流流入的。这种电路最早是在视频传输，或则仪器设备象示波器什么的上用的很多。

由于是低阻负电流反馈输入这种电路的高频特性极佳，容性负载的驱动能力超强，只要进过改进，发现做功率放大器很是不错，可以弥补电压型放大器的一些先天不足，象开环频响低，闭环的瞬态频响失真，极弱的容性负载驱动能力。缺点是这种电路的开环增益比较低，闭环后的失真会比电压型放大器高一个数量级。不过，做的好总失真也不会过0.01%。

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