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随着数码技术的高速发展,在专业音响技术领域里数码技术获得了广泛应用,专业功率放大器的数码化便是一个很好的例证。在扩声系统中,模拟专业晶体管功率放大器(简称模拟专业功放)的各项电气技术指标,如频响特性、额定功率、总谐波失真、转换率、阻尼因子等,可以说已经达到令人很满意的使用目的,无可挑剔。但是,时代在进步,社会在发展,人们的要求在提升,以前不认为是问题的情况,现在就要正视,像模拟功放的体积大、重量沉、功耗高、不符合环保要求,这些问题都需要认真对待,加以解决。研制数码功放便是解决这些问题的有效途径。同时,当前音/视频信号远程网络传送、控制与接收也都普遍采用数码技术,采用数码功放,实现远程扩声遥控,也是现代社会活动的需求。
一、数控功放
数控功放或称准数码功放,这种功放内装数/模(D/A)转换器,将输入的数码音频信号转换成模拟音频信号,通过模拟音量控制电路,进入模拟功率放大,驱动扬声器音箱发声,或驱动输出变压器,带动扬声器发声。它可以通过数字电路进行遥控,可以输入CD机、DVD数字音源信号进行播放。这种数码功放受D/A转换精度影响,音质也许不够完美。
二、D类数码功放
它将输入的脉冲编码调制PCM音频数据流通过专门的等比特数字处理器(Equibit DPS)变换成脉宽调制(Pulse Width Modulation,PWM)数据流,把音频信号变为一系列用0和1表示的可变宽度的脉冲串(脉冲宽度越宽,音频信号幅值越大),用这些脉宽调制数据流去推动大功率开关晶体管工作,时而导通,时而截止。功率晶体管导通工作时间越长,信号幅度越大,提供给后面扬声器的电流越大。功率脉冲串经过LC低通滤波器进行平滑处理,恢复原有声音波形,驱动扬声器放出原有声音。D类功放有如下优点:
1、直接接收CD机、DVD、MD机等数码音频信号或光纤数码音频信号。
2、高频、中频、低频之间无相对的相位移,放声清晰明亮,声像定位准确,可以将输出的低通滤波频率提高,确保20Hz~20kHz声音频率范围的频响曲线平坦,相位频率特性好。
3、瞬态特性好,由于没有模拟放大和负反馈连接,对于突变信号,例如各种打击乐信号,反应很快,真实感很强。
4、没有模拟信号存在的交越失真,配对的异型功率晶体管要求低。
5、能量转换率极高,达90%以上,功放体积小,工作可靠性高,充分显示了数码功放的优势。模拟B类功放有效能量利用率仅为70%左右,而模拟AB类功放只有55%左右,模拟A类功放只有45%。
D类数码功放有如下缺点:
1、大功率开关晶体管并非理想的开关,在开关过程中会出现剩余电流,在接通、断开过程中接地电位出现波动,会引发噪声。
2、输出的低通滤波器并不是理想低通,一些残留的脉宽调制的载波可能会产生一些失真现象。
三、T类数码功放
T类数码功放的功率输出电路与D类脉宽调制PWM功放相同,其大功率晶体管同样工作在开关状态,其能效利用率也和D类功放相当。但是,它并不是利用脉宽调制方法,而是利用美国Tripath公司发明的数码功率处理技术(Digital Power Processing,DPPTM),把通信技术中处理小信号的适应算法和预测算法运用到输出的大功率晶体管上,把输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPPTM数码处理后的信号去控制大功率晶体管导通和关闭,使功放动态范围比D类更大,频响曲线更加平坦,信号群延迟更小。T类数码功放的功率晶体管切换频率并不固定,无用分量的功率谱没有集中在载波频率两侧狭窄的频带之内,而是分布在很宽的频带1.5~2.5MHz上,这样功率密度并不高,降低了对输出低通滤波器的要求,电磁干扰也小。
四、数码功放的保护系统
以意大利Powersoft K10为例给予说明。
1、短路保护:用来保护功放避免因输出端与地短路引发功放过载烧毁。
2、过热保护:使功放维护在一定的温度范围工作,系统的键控部件工作在恒温状态,当环境温度上升时,功放功率逐步下降,维持功放正常工作。
3、超高频保护:用来保护扬声器免受音频范围以外的、非音乐的、强持续高频信号的冲击。
4、交流保护:如果供电电压走出功率放大器的工作范围,自动关闭电源。
5、电抗性负载驱动能力:因采用了开关技术,功放对电抗性负载具有高驱动能力,既不消耗能量,也不损坏设备。
6、长期输出功率限制:在长期的、持续的非音频信号作用下,为保护扬声器免遭损坏,自动衰减功放的增益。
7、削波限制:防止少量削波信号出现在扬声器上,维持峰值功率。
8、直流保护:用于避免超声信号对功放、扬声器的损害。 |