第5章 高保真音频放大器1.doc

第5章 高保真音频放大器5.1 高保真音频放大器的组成及其性能指标高保真音频放大器，也叫高保真立体声放大器，用于对各种音源输出的音频信号进行加工处理和不失真的放大，使用权之达到一定的功率,去推动扬声器发声5.1.1 高保真音频放大器的组成高保真音频放大器由两个或两个以上完全相同的音频声道所组成每个声道主要包括两部分，即前置放大器和功率放大器若两个部分分别装在两个机箱内，就称为前后级功放；若两个部分同装在一个机箱内，就称为合并式功放由于两个声道完全相同，以下只介绍其中一个声道其结构如图5-1所示图5-1高保真放大器的组成1. 前置放大器的主要功能2.前置放大器的作用是将激光唱机、电唱盘、磁带卡座、调谐器等送来的信号进行各种处理与放大，以便为功率放大器准备适宜的电信号，同时它可具有音量调节、音调调节等功能一般由均衡放大器、音源选择、输入放大和音质控制等电路组成各种音源输出信号的电平各不相同，通常分为高电平与低电平两类调谐器、录音座、CD、VCD、DVD等音源的输出信号电平大致为50mV-500mV，称为高电平音源，可以直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机、放筒等的输出信号电平仅有0.5mV-5mV，称为低电平音源，须经过均衡放大后才可以送入音源选择电路。

音源选择电路的功能是选择所需要的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道前置放大是音响系统的控制中心，要实现多种功能的音质控制，包括音量控制、响度控制、音调控制、左右声平衡控制、高低频噪声控制等2. 功率放大器的主要功能功率放大器也称后级放大器，简称后级它的主要作用是放大来自前级的音频信号，产生足够的不失真输出功率，推动扬声器发声功率放大器处于大信号工作状态，其电压电流动态范围都很大，所以容易引起非线性失真，功率消耗也很大因此减少谐波失真，提高功率转换效率，保证足够的输出功率是功率放大器的主要性能要求不管哪种功率放大器，大体上都是由激励级、输出级、保护电路和电源及批指示电路等组成激励级的主要作用是提供足够的电压增益和电流增益，以便能驱动功放输出级输出级的主要作用是产生足够的不失真输出功率，以推动扬声器发声保护电路的主要作用是保护功率输出管和扬声器，以防过载损坏5.1.2 音频放大的主要性能指标1．输入灵敏度音频放大器输出额定功率时所需要的输入信号电压叫做输入灵敏度如灵敏度低，则正常输入信号时，扩音机就达不到额定功率输出一般的音频放大器的典型值为低电平输入端为3mV/47KΩ，高电平输入端为150mV/47KΩ。

2．有效频率范围有效频率范围双称频率特性、频率响应它表示音频放大器的增益与信号频率的关系，是音频放大器的一项重要指标频率特性是用音频放大器的高、低频的实际增益与中频增益相比较用分贝数来表示其均匀程度由于实际声音的频率有高有低，因此，要求音频放大器对这些不同频率的电信号要能做大小相同的放大，才能保证复杂信号经过放大器后，不致出现失真国标规定，在有效频率范围等于或大于40～16KHz时，对于无均衡放大的高电平输入音源，相对于1000Hz容差在±1.5Db之内；对于有均衡放大的低电平输入音源，相对于1000Hz容差在±2.0Db之内3．谐波失真谐波失真是非线性失真的一种它是由放大器放大信号时的非线性引起的一个正弦波信号经放大器放大后，由于电子器件的非线性，输出信号的波形也会或多或少地产生畸变，即总有一点失真失真的后果是产生了新的谐波分量，使重放出来的声音失去原来的音色普及型音频放大器的失真度在5~10%，高保真的音频放大器则可在较宽的频率范围做到小于1%3. 输出功率4.输出功率是音频放大器最根本的指标输出功率又有额定输出功率、音乐输出功率和峰值音乐输出功率之分1）额定输出功率(RMS)：是指音频放大器在规定总谐波失真条件下，输入正弦波(1kHz)时，放大器能连续正常工作的最大有效值输出功率。

一般音频放大器上标注的功率为额定输出功率使用时，一般不允许输出功率超过额定功率2）音乐输出功率(MPO)：是指在一定的总谐波失真(THD)不超出某规定数值的情况下，音频放大器瞬间输出的最大功率，它是衡量音频放大器最大输出能力的动态指标音频放大器的最大输出功率一般为额定功率的8倍左右 3）峰值音乐输出功率(PMPO)：是指在不计失真的条件下，将放大器的音量和音调旋钮调至最大时，放大器所能输出的最大音乐功率峰值音乐功率既能反映放大器的性能，又能反映直流电源的供电能力5.2 前置放大器 前置放大器，也称前级政大器，简称前放或前级 可以说是成套音响系统的枢纽，它承上启下，起着信号综合管理系统的作用前置放大器负责接收由各种音源（诸如LP、CD唱机、接收调谐器、录音座和 DVD播放放机）送来的信息，选择欲听的音源、并将信号放大后再送到功率放大器除可选择音源外前置放大器还将完成其他的许多功能，诸如对唱头放大器输出的信号进行放大；控制通道间的平衡和调整音量电平5.2.1均衡放大电路均衡放大器处于前置放大器的最前端，由于从信号源送过来的音频信号通常都比较微弱，所以噪声问题成为均衡放大器的一个主要问题通过加强输人信号的屏蔽及阻抗匹配等措施来加以克服。

目前在高质量音响系统中均采用低噪声前置放大集成电路（IC），大大提高了放音系统的信降比均衡放大器的另一个重要功能是校正输人放音信号的频响由于唱片、录音磁带等所记录的音频节目信号在制作记录时曾经对音频信号中的不同频率的成分作过提升或衰减的预均衡处理，所以在这里要通过去均衡电路将它们恢复原来的面貌因为唱片和磁带录音的录音频率特性并不相同，所以对来自唱机和录音座的放音输人信号要经过不同的均衡电路分别进行去均衡处理图5-2所示是一种常用的频率均衡放大器，电路的特点在于通过开关S的控制，分别接入特性不同的均衡补偿网络，使电路出现四种不同的频率特性，以适应不同信号源的输入需要，当S置于1时，均衡网络由电阻R8组成由于R8对各频率信号均呈现同一特性，其阻值不随频率的改变而变化，所以R8只构成一般的交流负反馈电路，这时放大器为平坦特性的放大器，适用于话筒信号、收音信号或线路输入信号的输入当S置于2时，均衡网络由R9、R10、R11、C6、C7等五个元件组成，且它们的取值要符合R11>R10、C7>C6的条件，网络呈现的总阻抗为ZEQ均衡电路工作时，对低于1kHz的低频段信号，C6容量较小，可视为开路，而C7的容抗则随着频率的降低而增大，ZEQ也随频率降低而增大，于是电路负反馈量减小，放大器增益上升。

当频率降低至50Hz以下时，与C7并联的电阻R11的阻值已可与C7的容抗相比拟，即R11作为回路的主要反馈元件，使得低于50Hz的频率的提升量受到限制这样，电路的输出频率特性在低频段将呈现具有两个转折频率(分别为f1=50Hz，f2=500Hz)的低频提升状态而对高于1kHz的高频段信号，R11的阻值比C7的容抗大得多，且在高频段C7的容抗将变得很小而可视为短路，这时C6的容抗将随频率的升高而减小，它与R10并联的结果使网络总阻抗ZEQ随之减小，于是反馈量增大，放大器增益下降这样，电路形成高频衰减的频率特性(其转折频率f3=2120Hz)，于是，C7、C6、R11、R10等元件的共同作用，就使电路具有了提升低频、衰减高频的频率特性所形成的频率特性曲线如图5-3所示由于电路元件参数所决定的三个特定转折频率，使得电路的特性适用于动圈式唱头的唱机进行密纹唱片放送的输入放大，故又常把该补偿特性称作RIAA频率均衡特性在反馈型的频率均衡电路中，如果高频段的负反馈太深，往往会导致电路产生高频自激，使放大器工作不稳定为此，在均衡网络中还串入一个电阻R9，当工作频率高于32kHz(f4)时，C7、C6的容抗都减小至近似为零，但还有R9限制其反馈量，使电路获得32kHz以上高频的平坦特性。

当S置于3时，均衡网络由R12、R13、C8组成在中低频段，C8的容抗随频率的降低而增大，使得与R13并联的网络阻抗也逐步增大，反馈量减小，电路增益上升当频率低于50Hz以下时，C8的容抗很大，相当于开路，电路由R12、R13串联作为反馈电阻，使得电路具有最大的增益对于中高频段，C8的容抗随频率的增高丽减小，反馈量增大，电路增益下降这样，电路将呈现一条提升低频、衰减高频的特性曲线，该曲线具有两个特定的转折频率f1=50Hz，f2=2280Hz这种补偿特性曲线如图5-4所示，适用于磁带(铬带)信号重放的输入补偿当S置于4时，均衡网络比S在3状态时多串联一个电阻R14，使得电路的高频段转折频率(f2=1330Hz)发生变化，呈现另一条补偿特性曲线，以适用于磁带(普通带)信号重放的输入补偿上述两种磁带重放补偿特性曲线又称为NAB补偿特性曲线两种补偿特性曲线的区别在于高频转折频率的不同，因此，常以其转折频率的时间常数大小对其进行区分，一种称为70us(铬带)补偿特性曲线，另一种则称为120us(普通带)补偿特性曲线5.2.2 音源选择电路在以前的音源选择电路中，一般采用机械互锁开关来进行选择，优点是电路简单，缺点是可靠性差，切换噪声大，普通的放大器中广泛采用。

在高保真音频放大器中，普篇采用电子开关选择电路，避免了切换噪声，增加了面板与整机布局的灵活性，且便干实现遥控 LC7815是典型的单片集成电子开关选择电路它采用轻触键控，内合双四路模拟开关及其控制电路，还有发光二极管显示驱动电路、由于采用音频信号消噪控制，因而在开关切换时达到噪声最小、LC7815采用双列结构，共有28根引脚，引脚作用见下表LC7815的应用电路见下图所示，这是一个四路双声道音源选择电路，采用双电源供电该电路的工作原理如下：假设按下轻触键功能开关S1，使LC7815的②脚得到一个有效的高电平触发，控制内部的左、右声道电子开关S1-1和S1-2接通， 于是从⑾、 ⒃脚输入的左、右声道信号分别⒁、⒂脚输出在②脚被有效的发后，27脚由高电平转为低电平，发光二极管V1发光显示LC7815已接通S1-1、S1-2而其余发光二极管V2～V4不发光同理，按下其它一个开关时，相应的电子开关接通，对应的二极管发光在高级前置放大器中常选用模拟电子开关与镀金触自密衬型继电器相结合的方式，可手动或遥控模拟电子开关动作，再由模拟电子开关选通驱动继电器接通音频信号，从而进一步减少了失真和噪导声 5.2.3 音量控制电路音量控制电路是用来调节馈入功率放大器的信号电平，以控制扬声器的输出音量。

常用的音量控制电路有两种：即电位器控制与电子控制1.双声道电位器音量控制电路双声道电位器音量控制电路见下图所示，采用双联同轴的指数型电位器构成分压电路，直接控制信号电平该电路的优点是结构简单；但缺点也很明显，由于信号直接通过电位器，当电位器日久磨损而产生转动噪声时， 会在扬声器中出现喀啦声如果安装在面板上的电位器与前置 放大器之间的连接导线屏蔽不好或接地点选择不佳，就会感应交流于扰声，从而严重恶化音质改进办法是采用多个电阻串联，用镀金或镀银波段开关步进调节，成本很高另一种办法就是电子音量控制2.电子音量控制电路电子音量控制电路采用间接方大控制音量大小， 可以克服电位器音量控制电路的缺点电子音量控制电路一般都设置在集成电路中，其原理电路如下图所示电路中V1和V2构成差分放大器，V3提供偏置电流，电位器RP用来调节V3的偏置电流音频信号ui音量由C1耦合至V1基极，经差分放大后从V1停电极输出，其电压增受V3基极偏置电流控制当电位器RP控触点由下向上移动时，V3基极偏压逐渐增大，使V3和V1、V2的偏流随之增大从而。