功率放大器的性能指標

• 來源：宇芯電子 更新時間：2020-04-03 14:52:24點擊：6次

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  功率放大器的性能指標

  
  

  本文來源：21ic中國電子網(wǎng)；作者：jianghuan

   

          功率放大器的性能指標很多，有輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度、信噪比、輸出阻抗、阻尼系數(shù)等，其中以輸出功率、頻率響應(yīng)、失真度三項指標為主。

  
  

          1．輸出功率 輸出功率是指功放輸送給負載的功率，以瓦（W）為基本單位。功放在放大量和負載一定的情況下，輸出功率的大小由輸入信號的大小決定。過去，人們用額定輸出功率來衡量輸出功率，現(xiàn)在由于高保真度的追求和對音質(zhì)的評價不一樣，采用的測量方法不同，因此形成了許多名目的功率稱呼，應(yīng)當(dāng)注意。

  
  

          （1）額定輸出功率（RMS）。額定輸出功率是指在一定的諧波失真指標內(nèi)，功放輸出的最大功率。應(yīng)該注意，功放的的負載和諧波失真指標不同，額定輸出功率也隨之不同。通常規(guī)定的諧波失真指標有1%和10%。由于輸出功率的大小與輸入信號有關(guān)，為了測量方便，一般采用連續(xù)正弦波作為測量信號來測量音響設(shè)備的輸出功率。通常測量時給功放輸入頻率為1000Hz的正弦信號，測出等阻負載電阻上的電壓有效值V，此時功放的輸出功率P可表為P=V2/RL 式中RL為揚聲器的阻抗。這樣得到的輸出功率，實際上為平均功率。當(dāng)音量逐漸開大時，功放開始過載，波形削頂，諧波失真加大。諧波失真度為10%時的平均功率，稱為額定輸出功率，亦稱最大有用功率或不失真功率。

  
  

          （2）最大輸出功率。在上述情況下不考慮失真的大小，給功放輸入足夠大的信號，并將音量和音調(diào)電位器調(diào)到最大時，功放所能輸出的最大功率稱為最大輸出功率。額定輸出功率和最大輸出功率是我國早期音響產(chǎn)品說明書上常用的兩種功率。通常最大輸出功率是額定功率的2倍。但是，在放音時卻有這樣的情況，兩臺最大有用功率及揚聲器靈敏度都差不多的功放在試聽交響樂節(jié)目時，當(dāng)一段音樂從低潮過去以后突然來一突發(fā)性的打擊樂器聲，可能一臺功放能在瞬間給出相當(dāng)大的功率，給人以力度感，另一臺功放卻顯得底氣不足。為了標志功放這種瞬間的突發(fā)輸出功率的能力，除了測量上述的最大有用功率和最大輸出功率之外，有必要測量功放的音樂輸出功率和峰值輸出功率。才能全面地反映功放的輸出能力。

  
  

          （3）音樂輸出功率（MPO）。音樂輸出功率（Music Power Output）是指功放工作于音樂信號時的輸出功率，亦即在輸出失真度不超過規(guī)定值的條件下，功放對音樂信號的瞬間最大輸出功率。國際上還沒有統(tǒng)一的輸出功率（MPO）和峰值音樂輸出功率（PMPO）的測量標準，國外各廠家一般都有各自的測量方法。通常音樂輸出功率為額定功率的4倍。

  
  

          （4）峰值音樂輸出功率（PMPO）。它通常是指在不計失真的條件下，將功放的音量和音調(diào)電位器調(diào)至最大時，功放所能輸出的最大音樂功率。峰值音樂功率不僅反映了功放的性能，而且能反映功放直流電源的供電能力。一般來說，某一功放的上述幾個輸出功率有如下關(guān)系：峰值音樂輸出功率>音樂輸出功率>最大輸出功率>額定輸出功率。通常，峰值音樂輸出功率是額定輸出功率的8-10倍，但無統(tǒng)一定論。

  
  

          2．頻率響應(yīng)頻率響應(yīng)是指功率放大器對聲頻信號各頻率分量的均勻放大能力。頻率響應(yīng)一般可分為幅度頻率響應(yīng)和相位頻率響應(yīng)。 幅度頻率響應(yīng)表征了功放的工作頻率范圍，以及在工作頻率范圍內(nèi)的幅度是否均勻和不均勻的程度。所謂工作頻率范圍是指幅度頻率響應(yīng)的輸出信號電平相對于1000Hz信號電平下降3dB處的上限頻率與下限頻率之間的頻率范圍。在工作頻率范圍內(nèi)，衡量頻率響應(yīng)曲線是否平坦，或者稱不均勻度一般用dB表示。例如某一功放的工作頻率范圍及其不均勻度表示為：20Hz-20kHz，+-1dB。 相位頻率響應(yīng)是指功放輸出信號與原有信號中個頻率之間相互的相位關(guān)系，也就是說有沒有產(chǎn)生相位畸變。通常，相位畸變對功放來說并不很重要，這是因為人耳對相位失真反應(yīng)不很靈敏的緣故。所以，一般功放所說的頻率響應(yīng)就是指幅度頻率響應(yīng)。目前，一般功功率放大器的工作頻率范圍為20Hz-20kHz。

  
  

          3．失真失真是指重放的聲頻信號波形發(fā)生了不應(yīng)有的變化。失真有諧波失真、互調(diào)失真、交叉失真、削波失真、相位失真和瞬態(tài)失真等。

  
  

          （1） 諧波失真。諧波失真是由功率放大器中的非線性元件引起的，這種非線性會使聲頻信號產(chǎn)生許多新的諧波成分。其失真大小是以輸出信號中所有諧波的有效值與基波電壓的有效值之比的百分數(shù)來表示。諧波失真度越小越好。諧波失真與頻率有關(guān)。通常在1000Hz附近，諧波失真量較小，在頻響的高、低端，諧波失真量較大。諧波失真還與功放的輸出功率有關(guān)，當(dāng)接近于額定最大輸出功率時，諧波失真急劇增大。目前，優(yōu)質(zhì)放大器在整個音頻范圍內(nèi)的總諧波失真一般小于0.1%；優(yōu)秀功放諧波失真值大多在0.03%-0.05%之間。

  
  

          （2） 互調(diào)失真。當(dāng)功放同時輸入兩種或兩種以上頻率的信號時，由于放大器的非線性，在輸出端會產(chǎn)生各頻率以及諧頻之間的和頻和差頻信號。例如，200Hz信號和600Hz的信號和在一起，就產(chǎn)生400Hz（差信號）和800Hz（和信號）這兩個微弱的互調(diào)失真信號。由于互調(diào)信號與自然信號沒有相似之處，因此容易使人察覺，在比較小的互調(diào)失真度時就可以聽出來，令人生厭。因此，降低互調(diào)失真是提高音響音質(zhì)的關(guān)鍵之一。

  
  

          （3） 交叉失真和削波失真。交叉失真又稱交越失真，是由于功率放大器的乙類推挽放大器功放管的起始導(dǎo)通非線性造成的，它也是造成互調(diào)失真的原因之一。 削波失真是功放管飽和時，信號被削波，輸出信號幅度不能進一步增大而引起的一種非線性失真。削波失真會使聲音變得模糊而且抖動。削波失真是無法消除的，只有在聆聽音樂時注意不要使放大器達到滿功率極限。

  
  

          （4） 瞬態(tài)失真和瞬態(tài)互調(diào)失真。瞬態(tài)失真又稱瞬態(tài)響應(yīng)，它是指功放瞬態(tài)信號的跟隨能力。當(dāng)瞬態(tài)信號加到放大器時，若放大器的瞬態(tài)響應(yīng)差，放大器的輸出就跟不上瞬態(tài)信號的變化，從而產(chǎn)生瞬態(tài)失真。功放的瞬態(tài)響應(yīng)主要決定于放大器的頻率范圍，，這就是高保真放大器將頻率范圍做得很寬的主要原因之一。瞬態(tài)互調(diào)失真是現(xiàn)代聲頻領(lǐng)域里的一個重要技術(shù)指標。由于功率放大器往往加入大環(huán)路深度負反饋，而且在其中一般都加入相位滯后補償電容，因此在輸入瞬態(tài)信號時，造成輸出端不能立即達到最大值，使輸入級得不到應(yīng)有的負反饋電壓而出現(xiàn)瞬態(tài)過載，產(chǎn)生很多新的互調(diào)失真量。由于這些失真量是在瞬態(tài)產(chǎn)生的，所以叫做瞬態(tài)互調(diào)失真。瞬態(tài)互調(diào)失真是晶體管功放電路和集成功放電路產(chǎn)生所謂“晶體管聲”、使其音質(zhì)不及電子管功放的重要原因。

  
  

          4．信噪比 信噪比是指功放輸出的各種噪聲（如交流聲、白噪聲）電平與輸出信號電平的比值的分貝數(shù)。信噪比的分貝值越高，說明功放的噪聲越小，性能越好。一般要求在50dB以上，優(yōu)質(zhì)功放的信噪比大于72dB。

  
  

          5． 輸出阻抗和阻尼系數(shù) 功放輸出端對負載（揚聲器）所呈現(xiàn)的等效內(nèi)阻抗，稱為輸出阻抗，阻尼系數(shù)則是指功放給揚聲器的電阻尼的大小。由于功放電路的輸出阻抗是揚聲器并聯(lián)的，相當(dāng)于在揚聲器音圈兩端并聯(lián)一個很小的電阻，它會使揚聲器紙盤的慣性振蕩受到阻尼。功放的輸出阻抗越小，對揚聲器的阻尼越大，因此常用阻尼系數(shù)來描述功放電路對揚聲器的阻尼程度。阻尼系數(shù)定義為揚聲器阻抗與功放輸出阻抗（含音箱線電阻）之比，即可見功放的輸出阻抗越小，阻尼系數(shù)DF越大，表示功放使揚聲器不能作自由振蕩的制動能力（即阻尼能力）越強。但是阻尼系數(shù)也不是越大越好，從聽感上說，阻尼系數(shù)太大（成為過阻尼），會使聲音發(fā)干；而阻尼系數(shù)太?。ǔ蔀榍纷枘峄蜃枘岵蛔悖?，因振蕩拖尾較長，會使低音變得混濁不清，失真增大。 一般來說，對于民用功放來說，阻尼系數(shù)取15-100為宜。對于專業(yè)用功放，阻尼系數(shù)宜在200-400或更高。

  
  

  
  

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