功率放大器

　　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的状态。

　　种：就是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、是他的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、是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，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，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%。

　　无论在全球移动通信系统、第三代移动通信系统、无线局域网等民用领域，还是在雷达、电子战、导航等军用领域，射频功率放大器作为这些系统中的前端器件，对其低耗、高效、体积小的要求迅速增加。

　　众所周知，功率放大器是射频电路众多模块中功率损耗的，作为系统的核心和前端部分，它的效率将直接影响系统效率，因此效率问题成为现代功率放大器的研究热点。在大多数功率放大器中，功率损耗的主要是晶体管损耗，主要由电压和电流产生的，从而提出开关类功率放大器，主要有D类，E类和F类。其中F类功率放大器专门设计一个谐波网络来实现漏极电压和电流波形控制。理论上，F类功率放大器的漏极效率为100%，被称为新一代功率放大器。

　　传统功率放大器由于输出电路上的功率消耗，其工作效率很低。为增加传统功率放大器的工作效率，理想的F类功率放大器使用输出滤波器对晶体管输出电压或电流中的谐波成分进行控制，归整晶体管输出的电压和电流波形。从而实现集电极电流的角度参数为90°，即保持集电极波形为半个正弦波，集电极电压波形为方波，并且两者的相位差是λ/4，这样集电极电压和电流的波形就没有交叠区，从而达到100%的理想效率。

　　射频功率放大器：

　　射频功率放大器（RFPA）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。在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。乙类和丙类都适用于大功率工作。丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中者。高频功率放大器大多工作于丙类。但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100%，但它的工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗(集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。

　　如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。这就是戊类放大器。在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。例如，自20至20000Hz，高低频率之比达1000倍。因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。例如，调幅广播电台（535－1605kHz的频段范围）的频带宽度为10kHz，如中心频率取为1000kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。中心频率越高，则相对频宽越小。因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。

　　宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。

　　高频功率放大器的主要技术指标有：输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。

　　所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。宽带高频功率放大器：用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。通常工作于甲类状态。

　　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。

　　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。