音频放大器的电路组成

高保真音频放大器包括前置放大器和功率放大器。它有两种形式：一种是前置放大器与功率放大器分别装成两个单独的单元；另一种是两者装在一起，称为带前置放大器的功率放大器，或简称为放大器。前置放大器的任务是将节目信号源送来的微弱信号进行电压放大和各种处理；功率放大器简称功放，它的作用是放大来自前置放大器输出的音频电压信号，产生足够的不失真的输出功率，以推动扬声器发声，因而功率放大器不仅要有足够的电压输出，更需要有足够的电流输出。

8.1.1 前置放大器

前置放大器的组成方框图如图8－1所示。

它包括：均衡、放大、选择、音量、响度、平衡和带宽控制等电路。

1.前置放大器的主要功能

前置放大器的主要功能是对各种节目源信号进行选择处理。根据需要通过功能开关选择所需的信号源，并根据节目源的频响特性、输入信号的大小进行适当的控制、调节、衰减、放大等处理，将输入信号放大到足够的电平 （约1V），以推动功率放大器；前置放大器还起控制和调整信号的作用，设有音量控制、响度控制、带宽控制 （滤波器）、音调控制、平衡控制等电路进行各种控制以美化音质；在较高档次的前置放大器中，还设置图示均衡器、降噪器、延时混响器等信号处理电路，以改善和美化音质。因此，前置放大器上的控制调节旋钮多，可以说前置放大器是整个音响系统的控制中心。

图8－1 前置放大器的组成方框图

2.前置放大器的技术性能

对前置放大器的技术性能的要求是：频率特性好 （20～20kHz）、失真小 （谐波失真一般≤0.01％，瞬态互调失真≤0.05％）、信噪比高 （≥90dB）、动态范围大，各控制电路特性良好，以及对电源、温度的稳定性高。

前置放大器中的放大电路采用性能较好的高放大倍数、低噪声电路。在控制电路中，音量控制可采用传统的分压式也可采用电压控制分流式；音调控制电路采用高、低频补偿电路；带宽控制 （通频带控制）电路是利用LC滤波器或RC有源滤波器来分别切除声频放大器的低频端或高频端的一部分频率分量，以达到减小干扰和噪声 （高频端的沙沙声和交流声或超低频的次声等）、提高放大器的信噪比的目的。因此，带宽控制电路实质上也是音调控制电路的一种形式，所不同的是一般音调控制电路的衰减特性没有带宽控制电路的衰减特性陡而已。正因为这样，带宽控制电路又称为高、低音切除电路，在前置放大器上通常设有 “高切”和 “低切”两个开关，根据噪声的情况单独选用或同时使用。

3.响度控制和平衡控制电路

（1）响度控制。响度控制是一种带补偿的音量电位器，用以补偿人耳的听觉对中音比较敏感而对低音和高音比较迟钝的特性。应该指出，声音的响度与声音强度有关，但两者是不同的概念。声强是一个客观物理量，通常由音量电位器来调节放音的强度，即调节声音信号的振幅；响度则是人耳对声音强度的主观感觉。图8－2是人耳的等响度曲线。

它表示响度不变时声压级与声音频率的关系。响度的单位为方，任何声音的响度级等于与此声音一样响的1kHz声音的声压级，因此1kHz声音信号的响度等于它的声强级。由图可见，人耳对1～4kHz的中高音特别敏感，对其他频率 （特别是低音）就迟钝些，这在低声压级 （即音量小）时尤其明显；但在高声压级时 （80dB以上），人耳对各频率声音的听觉又大体一致。

人耳的上述听觉响应，对欣赏高保真音乐节目的效果影响很大。欣赏音乐所需的音量往往比大型乐队在音乐队演奏时的实际音量小得多。在安静的室内聆听放音时，声强有40dB就可以了，这时由于音量较小，人耳对低音和高音的听觉很差，因此听起来会觉得高低音不足。也就是说，大音量时高低音都很丰富的音乐，在音量关小后，高低音就不易听出来，失去了高保真放音特有的柔和感和优美感。响度控制就是用来解决音量开轻时高低音不足的问题，它是利用阻抗网络，在不同音量时自动地控制高低音的提升量。

图8－2 人耳的等响度曲线

图8－3 固定抽头电位器等响度控制电路

用固定抽头电位器的等响度控制电路，其电路如图8－3所示。

图8－3中，RP为带固定抽头的电位器，音量较小时，等响度开关S打在 “响度”位置，响度控制电路起作用，输出信号两端相当于并接上一个RC高频衰减网络。该网络对低频信号的阻抗越高，衰减量越减小；而对高频信号则阻抗相对降低，衰减量增大。等响度开关S打在“关”位置时，RP仅起普通音量调节作用，电容C被短路，相当于在输出信号端并接一个电阻。小音量时，输入信号经RP的分压，衰减很大，但由于C1的容抗随频率升高而减小，信号里的高音成分便可通过C1和电位器抽头直接送往输出端，衰减量大为减小，即高音得到提升。接在电位器抽头与地之间的电容C2容量较大，能对中、低音衰减，起到相对增强低音的作用。这样就补偿了在低声压级时人耳对低频灵敏度较差的欠缺，从而使得音量较小时，低音部分听起来仍比较浑厚丰满。

图8－4 LC等响度控制电路

普通电位器等响度控制电路如图8－4所示，它在普通电位器滑动端与输入端之间接入LC回路，能得到很好的响度控制特性。

图8－4中，LC回路并联谐振于中音频，并联谐振频率为1kHz左右，L通常取0.5～2H。当电位器RP动臂移到上端时（音量最大），LC回路被短路，输出Uo＝Ui，无高低音提升作用。当动臂下移时，因中音的谐振阻抗比RP阻值大得多，因此中音信号被衰减，中音主要通过音量电位器RP输出，而高低音信号主要由LC直接输出，衰减较小，高低音相对中音同时得到提升。动臂越向下移（音量越小），中音被RP衰减越多，而高低音衰减变化不大，高、低音频相对中音频的提高量越大。当频率偏高或偏低时，并联谐振电阻变小，使RP的阻值变小，这样就使输出幅度得到提高，高、低音频相对于中音频同时获得提升。这是一种简单而理想的响度电路。

图8－5 平衡控制电路

（2）平衡控制。平衡控制是用来校正立体声左右两声道的音量差别。常用的平衡控制有三种，如图8－5所示。

最简单的是用一可变电阻，如图8－5 （a）所示。当滑动点位于中点时，每个声道的插入损失为3dB。当滑动点移向电位器的任一端时，一路的强度增大；另一路的强度减小。图8－5（b）是用双连电位器的平衡控制电路，当两声道输出相等时，各声道有6dB的插入损耗。图8－5（c）是另一种用双连电位器的平衡控制电路，由于两电位器的可变电阻，一半为导体，另一半为电阻，当全为左声道或右声道时，插入损耗为零；当电位器滑动点在中点位置时，两声道输出相等，且插入损耗仍为零。

8.1.2 功率放大器

功率放大器是音响系统的重要部件，它主要用于放大来自前置放大器的信号 （1V左右），使信号功率大到足以推动扬声器负载。与小信号电压放大的前置放大器相比，功率放大器是处于大信号输入和大信号输出的工作状态。功率放大器件的电压电流动态范围大，容易产生非线性失真，为确保声频放大器高保真放音，一定要重视功率放大器的设计、安装和调试。

1.功率放大器的要求

对功率放大器的要求如下。

（1）具有足够大的输出功率。

（2）谐波失真、互调失真以及其他各种失真尽可能小。

（3）频率特性平坦，信噪比高。

（4）动态范围宽、特性优良。

（5）功率转换效率高。

2.功率放大器的种类

功率放大器的种类繁多，按不同分类方式有不同的分法。

（1）按输出级与扬声器的连接方式分类。按输出级与扬声器的连接方式可分为OTL功放、OCL功放和BTL功放。

OTL是无输出变压器 （Output Transformerless）的功放电路，它的输出与扬声器之间采用电容耦合，这种电路具有失真度小、效率较高、低频特性略差等特点，其应用范围较广。

OCL功放是无输出电容 （Output Capacitorless）的功放电路，它直接与扬声器相连，具有线路简单、效率高、频率特性好等特点，但是需要采用双电源供电、易出现零点漂移烧坏扬声器，故需对扬声器进行保护。给使用和维修带来不便。

BTL功放是桥式功放 （Balanced Transformerless）的功放电路，具有输出功率大的特点。在同样的电源电压和负载条件下，BTL功放电路的输出功率为OCL（或OTL）功放电路的4倍。

（2）按工作状态分类。按工作状态可分为甲类、乙类和甲乙类功放。

甲类功放工作在器件特性曲线的线性区 （放大区）。用一只管子将声波的正半波、负半波完整地进行放大，不存在交越失真，失真度较小，在高保真音响中多选用此种功放。但其不足是功耗大、电压效率不高。

要提高效率可采用乙类功放。它是用两只管子共同完成声波信号的放大，一只管子用于正半波的放大；另一只管子用于负半波的放大，称之为推挽。但是乙类功放容易出现交越失真。

为了避免交越失真可采用甲乙类功放。它给器件提供了一定的静态偏流，具有甲类功放低失真和乙类功放高效率的优点，是一种广泛应用的功放。

（3）按所用放大器件分类。按所用的放大器件可分为电子管功放、晶体管功放、集成电路功放和V－MOS功放。

电子管是放大器最早使用的器件，在20世纪60年代以前均使用电子管制作功放，后来被晶体管和集成电路代替。在20世纪90年代以后，在高保真音响中又重新出现了一股胆机热潮。电子管功放具有较高的稳定性和较小的离散性，其音色柔和细腻、线性好、抗过载能力强、功率大，是音响爱好者的宠儿。虽然电子管功放的静态指标不如其他类型的功放，但它的奇次谐波失真、饱和失真、交叉失真都较小，使它具有特有的电子管音色。电子管的另一个特点是可以有较大的输出功率，千瓦级以上的功放仍可使用它。

晶体管功放体积小、功率大、耗能少、具有良好的瞬态特性，再加上电路中采用的各种新技术，使晶体管功放的各项性能指标得到了明显提高，采用晶体管功放的音响，音色清丽、冷艳。目前，晶体管功放是优质专业级功放的主流。

集成电路功放具有体积小、外接电路简单、保护功能齐全等特点，在中、小功率的功放中具有优越性，被广泛地应用于普及型音响器材中。但集成电路在大功率应用中技术尚不完善，转换速度较低，使得它在专业功放中的应用受到一定的限制。

随着场效应管生产技术的不断发展，大功率的V－MOS场效应管品种也日益丰富。场效应管是电压控制器件，具有正温度特性，因此无二次击穿现象，不需要对功率管进行保护。采用场效应管制作的功放高频瞬态特性好、噪声低、动态范围大。

（4）按功放与音箱的配接方式分类。按功放与音箱的配接方式可分为定阻输出功放和定压输出功放。

定阻输出功放的输出电压与负载阻抗有关，会随负载阻抗变化而产生较大的电压波动。因此，要求音箱按规定的阻抗进行配接，才能得到额定功率的输出分配，负载阻抗过轻或过重都会损坏功放。

定压输出功放的输出电压不随负载阻抗变化。只要负载阻抗不低于额定值即可正常工作。为了进行音频功率信号的远距离传输，减少在传输线上的损耗，应以较高电压形式传送音频功率信号。因此，定压输出功放常常需要使用输出变压器进行匹配，输出电压有75V、120V、240V等。由于在输出端使用了大功率音频变压器，故低频的频率失真、高频的瞬态响应都不好，并且非线性失真也较大，主要用于背景音乐系统或有线广播系统。