音频功率放大器原理与增益计算

• BTL电路输入电阻R1 反馈电阻RF 仍然提供放大器的电压增压,但是这 种BTL放大器发生了关系上的改变
(输出信号相位在输入信号的基础上旋转180度)
tered • 输出端在SE中的隔直电容已经不存在，因为双端同样的直流偏置互 UnRegis 相抵消所以电容不需要电容只是加在输入端
BTL功率计算例子
音频功率U放n大R器eg原is理te与re增d 益计算
功率放大器
• 分类
d – 低频功率放大器，如音频功放： re A类（甲类） te B类（乙类） is AB类（甲乙类） g D类（数字类功放）
UnRe – 高频功率放大器，常见的如射频功放
• 音频功率放大器：
UnRegistered Class-A (甲类)放大器:效率约为20%
有效输出功率是2W的功放用来驱动4欧姆的喇叭这个 音频功放需求电压最大5V 被音频编码器驱动的最大 (peak-to-peak)输出电压是3V 必须确保功放把功率加
UnRegistered 到负载和必须选择什么样合适的电阻值？
• 解：从输出功率需求开始我们首先要做的事计算通过负载的输 出电压确保2W的功率驱动喇叭用如下的公式
求出输出电压的有效值RMS
即
red 这就意味着功放的输出电压必须是2.83V 因为音频编码器的输出
iste 峰峰值电压是3V转化为有效值电压
为
g 所以从音频编码器的输出电压的RMS为1.06V 和从放大器输出的 e 电压的RMS值是2.83V 所以这个增益是2.67 V/V 或者8.5 dB
UnR 用公式
UnRegistered 无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器）会产生电磁波辐射干扰
• •
istered 因为在播放语言或音乐时，放大器大多数时间都工作于低输出功率的 g 状态，所以D类放大器的效率平均比AB类放大器的效率高2.5到3倍 e 这种高效率的特点决定了D类放大器特别适合用于便携式设备（延长电 UnR 池寿命，不需要散热器而减小体积）和特大功率设备（减小功耗）中
• 输入电阻RI和反馈电阻RF仍然为放大器提供电压增益但是在全差分 放大器中这种关系已经改变为
UnRegistered 假设电压增益为10 or 20 dB, RF 必须是RI.的十倍
Un谢Re谢gi！stered
单端音频功放增益计算 单端功放是最简洁的形式参考图如下
UnRegistered
单端音频功放增益计算
• 这种类型的功放有一个反相放大器提供增益输入电阻RI 反馈电阻RF 提供 电压增益他们的关系如下
(输出信号相位在输入信号的基础上旋转180度) 注意：
d C1是输入耦合电容和R1是输入电阻, 高通滤波器的截止频率fC tere 例如设置输入电容为0.1 µF,输入电阻10K,导致截止频率是159 Hz. 同时这也应用于输入考虑到喇叭的
Class-B (乙类)放大器:效率约为50%
UnRegistered
交越失真
Class-AB (甲乙类)放大器:效率约为50%
UnRegi死s区tered
几种类型放大器的比较：
Class-A (甲类)放大器－失真最小，静点工作电流最大，效率最低 Class-B (乙类)放大器－失真较大，静点工作电流最小，效率较高 Class-AB (甲乙类)放大器－失真中等，静点工作电流中等，效率中等 Class-C (丙类)放大器－失真极大，主要用在射频调谐放大器中 Class-D (D类)放大器－或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工作原理完全
d 不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器 UnRegistere PWM（脉宽调制）的工作原理
• D类放大器的构成
锯齿波 发生器
输入信号
d 脉宽调制信号
tere ＋ is 比较器 UnReg －
功放
低通 滤波
单端输出
桥式输出的D类放大器
UnRegistered
D类放大器的性能
极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器 最少的外部工作元件 很小的总谐波失真（THD＋N）
THD＋N产生是由于：
100
50
采样时的脉宽误差和量化误差
20
d 驱动管的死区和延时
10
e 功放管的导通时间和体二极管恢复 5
r 输出滤波电感和电容的非线性
2
%
1
te 0.5
is 0.2
0.1
g0.05
e0.02
0.01
R 600u 1m 2m 5m 10m 20m 50m 100m 200m 500m 1 2 3 W
Rf=1.33R1这就意味着R1=10K Rf=13.3K
全差分功率放大器增益计算
• 全差分和典型的BTL不同，并没有倍压反向跟随器，然而由于差分放 大器的原因，输出功率和BTL一样，并且优点是可以减小噪音；与 BTL相似也是用来放大负载上的功率，可以在噪音环境中工作的很好，
UnRegistered 用在手机和智能机中如下：
阻抗也产生了一个高通滤波器同样也要选择合适的电容值
UnRegis 假设电压增益是10 V/V or 20 dB, RF =10 RI . 这些电阻的典型值应该是RI = 10kΩ and RF = 100 kΩ.
桥接功率放大器增益计算
下图显示了这种放大器
Registered • 桥接式BTL 放大器和单端SE放大器略有不同,它包括一个转换器,所以 Un 提供了双倍的电压在负载,同SE比较产生了四倍的功率
Un典型的THD＋N和输出功率的关系（8欧姆，1kHz,6V）
音频类型的功放增益的计算
音频放大器的功率为：
Registered 其中 Vo（RMS）为有效值电压，Vo（PP）为峰峰值电压，它表明 Un 了峰峰值和有效值的关系。： 音频类型的来自放按照连接方式可分为单端
d 桥接 UnRegistere 全差分音频放大器