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技术文章分享之一 发布日期:2015-07-13 12:02:57 阅读人数:138次

看来技术无用论还是甚嚣尘上啊,虽然支持的人不多,但总算还是有的,为了支持的同行,我还是乐意为之的。
先学习一下功放部分吧,下面的文章来源于PSW。
The Basics & Essentials Of Power Amplifiers (功率放大器的基础和本质))
英文的类容我就不贴上来了,直接进中文。
功率放大器是一个把一个小而弱的信号变成大而强的信号的设备。
第一台放大器是开发来支持射频应用的。之后,其他的应用也随之开发,我们的工业使用的是音频放大器。
一个放大器包含了2个基本组成部分:
一个提供大能量来源的电源部分。
一个用小信号控制大能量来源而与之相一致的放大部分。
结果就是大而强有力的信号。
放大部分的类别
CLASS A :一个小信号控制一个更大的电流。当信号不存在时这个更大的电流依然存在。效率达到26%,声音品质卓越。
CLASS B: 使用其中一个装置工作在波形的正半周,另一个装置工作在波形的负半周位置的所谓的“推-挽”形式。效率达到75%,由于从一个装置切换到另一个装置造成的失真而使得声音糟糕。
CLASS C: 一个小信号控制一个更大的电流在开和关的状态,没有所谓“之间”的概念。效率达到90%,不可用于音频,因为音频需要所有点评的精确的再现,而不仅仅是没有功率和全功率电平而已。
CCLASS D: 一个C类的变种,D类是一个允许C类放大器可以处理音频信息的调制方法,最近的新技术使得声音非常棒,效率达到90%,但产生EMI(电-磁场干扰)
CLASS AB: 一个B类得变种,永远有一个小电流存在(在A类得工作区域),这消除了在B类中固有的切换失真。效率达到65%,声音卓越-假如精心设计的话。 
CLASS H : 一个AB类得变种,改变放大器的电源供电电压使之依赖于信号电平。改善了动态效能,需要复杂的电源设计。纯音效率达到65%,声音卓越假如精心设计。
    能量供给部分(电源部分)
类型1:标准(模拟的)电源架构,效率80%,重,因为要供给大能量。组件体积也很大。
类型2:开关电源架构,效率90%。轻,但同样提供大能量。组件体积小,可以支持宽范围的输入电压,可以支持对输出能量损失的控制。产生EMI。
效率是设备的输出能量除以设备的输入能量。没有被系统输出的那部分输入能量是从系统中以热量的形式耗散掉了。更高效率的放大器就意味着可以用很少的AC能量提供相同的输出能量到负载。
一个拥有65%效率的典型AB类放大器,使用80%的效率的标准电源架构可以获得大约50%的放大器
效率。效率是额定于满功率连续纯音电平的。
在更低的功率电平下效率是更加糟糕的,在更低的信号电平工作位置,D类和H类提供了明显的改善。D类提供了几乎相同的效率在所有功率电平下,同时H类在更低信号电平时切换到了一个更低的电源供给以致于确保了好的效率。
    开关电源架构
一个开关电源架构包涵了4个基础的构建模块。
一个直接脱离AC的DC电源。
一个转换DC到非常高频率的功率振荡器,典型的是50k-200khz
一个改变高频率功率信号为不同输出需要的变压器。
产生DC输出需要的整流和滤波平台。
更小的体积和更轻的重量
因为在开关电源架构中的变压器是运行在非常高的频率之上,而不是50/60hz的,所以它非常小和轻,这是开关电源的一个巨大优势。由于开关电源的相比于标准电源架构更加的复杂,所以他们的电路设计成本更加高,并且,电路中更多的部分必须用于去控制由于切换器所造成的EMI。
不过,这些成本的提升和变压器部分的改变成本相互抵消了,外壳的成本也减少了因为没有了对重量支持的需要,由于电源部分是一个放大器最重的部分,所以更加适合搬运。
 放大器的设计趋势
许多年来,标准的功放是AB类加上标准模拟电源架构的模式,功放制造商们在放大器部分和电源供给部分的其他类型组合上一直在不断的尝试着,以便于更好的支持用户的需求。
; F/ l; Y/ |, @$ g% u现今用户对于功放的基本要求是
1.高功率
2.好声音
3低成本
4.轻便架构。
当然“好声音”是非常具有争议性的。对于额定好声音的有关的技术性术语是非常混乱的,这和试听的人有怎样的聆听经验有很大关系。所以,现今大多数用户的把焦点放在额定功率和成本上。
额定功率
20年前规定一个功率放大器的输出功率是以放大器连续纯音输出电平为标准。一个300W的放大器可以产生300W纯音功率一整天。随后,多数放大器并不是使用于纯音,而是被用于音频信号的事实被认识到了。
音频信号包涵了许多不同功率电平的纯音。所以用户根本不需要一台可以一整天产生连续纯音的放大器,他们需要的是一台可以一整天产生音频信号的放大器。做到这个是更容易和更简单的。现今的制造商已经采用不同的方法来额定他们产品的输出功率。这造成了更多用户的迷惑。
制造商,工业和标准组织各自对于怎样规定音频放大器的输出功率都有各自的定义。对于额定放大器功率已经有了许多推荐的方法。这些推荐中的许多是--比如纯音突波测试,试图来额定一个瞬态或短暂周期的功率电平。
因为音频信号在持续时间和电平中不断变化,这些额定方法的有效性取决于放大器这样使用和被放大的信号的特征是什么。一些方法使用非音频信号,比如方波,来决定放大器的额定功率,这造成了放大器功率的数字会更大。
当今,基本的标准是由FTC(联邦贸易委员会)决定的。许多制造商也使用工业组织--比如EIA(电子工业协会)的标准。还有一些制造商使用其他的方法。
安全机构(尤其那些在欧洲,还有美国的保险商实验所)对于测量一个放大器的平均连续功率已经开发出了标准。这些标准转向去测量最大AC功率的耗散值和去进一步确认最大的温度。安全组织决定了典型的对于一个正在放大音频信号的放大器的最糟糕情况功率发生在未削波输出功率的1/8。
然后使用一个相等于纯音满功率1/8功率的(20-20Khz)的分红噪音信号来测试他。对于温度和AC耗散值由这个测量结果得出。因此,削波前最大纯音输出功率的1/8就代表了一个音频放大器实际的最糟糕情况连续输出功率电平。
标准的主体永远是不断讨论和完善的工业标准。我可以希望对于音频放大器的标准的改变是随着我们用户的需要和利用率,还有我们的知识和技术的提升来改变。
   好的声音?
好的声音是通过调整好的设计以适应不同的应用和使用者的偏好来实现的。但是好的声音是一个主观的东西,不同的使用者有不同的定义,不同的应用也需要一个不同的声音特征。比如一个语言类得应用就需要一个很好的声音清晰度
工业上已经开发出了对于满足不同用户偏好和不同应用的不同的解决方案。额定声音清晰度的基本方法是通过额定失真度来实现的,失真度比较小的输入信号和大的输出信号的精准性。更低的失真度就是更精准的声音。
   失真度 
THD失真度是通过对总体谐波失真度的详细描述来额定的。一个谐波是一个基础纯音(也就是基频)的整数倍频率的纯音。假如一个基频被输入到放大器,输出应该是相同的基频。实际上,输出包涵了小电平的输入基频整数倍的纯音(也就是谐波),这些额外的纯音就是失真度。
THD显示了相对于输入信号,输出信号中的失真纯音电平的百分比,当今的THD测量设备仅仅只测量输出信号。他会测量在输出信号中谐波频率相对于基频的量。因此测量输入信号是否是一个只有基频频率而没有谐波成分的纯音是重要的。
一些测量技术包涵了一些噪音成分,增强为THD+N(NOISE),那么设备初始噪音的最小化和拥有非常低失真的输入纯音是很重要的以便于精准的测量放大器的THD。
 Y对于高保真声音的再现可以接受的最大THD为1%。
奇数或者偶数失真度也不是永远都糟糕。这是因为使用者对于声音特性的偏好受特定的失真类型所影响。假如失真纯音频率是基频的奇数倍(比如3,5,7) 这些失真就被称为奇次谐波失真。假如是偶数倍就是偶次谐波失真
奇次谐波真实是非常糟糕的(刺耳的),偶次谐波失真则像是在钢琴上敲击全八度音键,这个声音可以接受,而且一些使用者更加喜欢一些这样类型的失真。真空管放大器产生出大量的偶次谐波失真,即使是他过载时,晶体管放大器产生大量奇次谐波失真,尤其是当他过载时。
因此相比于一个真空管功放,一个更低的THD对于晶体管功放是更重要的,以便于让一些用户感觉放大器的声音是不错的。一些长时间的把自己的放大器操作在过载状态的使用者应该更喜欢真空管功放。
瞬态失真是额定一个放大器能够怎样迅速的跟随输入信号的改变的方法,如果一个放大器花了少量的时间去为改变做出反应,那么由于用在反应上的时间的原因,这个放大器的输出对于输入信号是不够忠实的。
   阻尼系数
阻尼系数是额定一个放大器怎样很好的控制扬声器移动的方法。由于扬声器是一个机械装置,它会遵照于基本的物理法则,当他受到外力而产生运动时,在外力消失之后它并不会马上停顿不动,会经历一小段时间,那么这个额外的移动就会产生声音的失真。一个高的阻尼系数使得功放有更好的能力去控制扬声器,并且最下化这些移动。
对于获得好的瞬态响应--尤其是瞬态低频率响应高的阻尼系数是重要的。一个低的阻尼系数会导致扬声器不会快速的对一个低频信号产生反应,造成了低频率信号会成为“模糊的”感觉。不过有一些应用可能需要声音有一种“模糊的”特征。例如,放大器被用于提供背景音乐,使用者可能想要声音模糊点,圆润点,不占有统治地位,但是其他需要声音占有统治地位的应用就另当别论了
声音的“圆润度”可以通过降低瞬态响应和阻尼系数来实现。相比于晶体管功放真空管功放拥有更加低的阻尼系数,偏好于“圆润”声音的使用者应该更加喜欢真空管功放。
要求精准的,实在的声音的使用者可以能会更加喜欢晶体管功放,良好的晶体管设计可以获得最精准的声音。
   更低的成本
为了节约成本的设计中的基本原则就是不要过度的设计,产品必须为了他们合适于所朝向的应用而设计,而且不多不少。
生产合适于他们的应用范围的产品减少尺寸,减轻了重量并且节省了成本。通过使用新的H类和D类放大技术和开关架构电源的技术可能在另一方面实现了在减少尺寸,减轻了重量并且节省了成本上的作用。
下面是我个人的评论部分,以后每分享一篇文章我也会加入自己的心得在后面。
科学在进步,我们也要跟随进步之。传统模拟电源供给的时代已经过去了,开关电源架构的后级必然的成为今后的主流,同好们应该从善如流之,最近看了YAMAHA的新技术EEEngine,觉得是个很不错的技术,把AB类和D类有机的结合,并且每通道单独的供给电源。我想这势必又是一个新趋势,有兴趣的同好可以去看看。

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