功率放大器,簡稱功放,是對音頻信號進行電壓電流綜合放大,以得到功率放大的。功率放大器在系統圖中的位置是揚聲器系統前面,它的輸出直接送到揚聲器系統,用于驅動揚聲器系統,由于功率放大器的輸出靈敏度一般在0db左右,所以加到功率放大器的輸入信號一般取自調音臺或周邊設備的0db輸出信號。而對于像傳聲器等低電平的輸出信號,必須經過前置放大器放大或調音臺進行電壓放大后,才能推動功率放大器。前置放大器,調音臺或周邊設備輸出的都是電壓信號,只能輸出極小的電流,不是功率信號,所以它們不能用來驅動揚聲器系統,必須經過功率放大器將音頻信號進一步作電壓放大,最后對電流和功率進行放大,使其具有足夠的功率輸出,才足以推動揚聲器系統工作,輻射聲音,也就是推動音箱正常工作。

1、能夠輸出較大的功率,這里所指的大功率通常是指1W以上的功率；

2、具有較高的功率轉換效率,功率放大器是一種能量轉換電路,因此轉化效率是功率放大器的重要指標之一,假設Po是路的輸出功率,PS是直流電源提供的功率,PC是管耗,則轉化效率定義為Ƞ=Po/Ps*100%；

3、具有較小的非線性失真,總諧波失真系數(THD),用輸出信號的總諧波分量的均方根值與基波分量有效值的百分比來表示,諧波失真是由于系統的不完全線性造成的；

4、功率管散熱問題：功率管是電路中最易損壞的器件,主要原因是由于管子的實際耗散功率超過了額定數值,功率管的耗散功耗取決于管子內部集電極的結溫,當溫度超過管子所能承受的最高溫度時,管子電流急劇增大而使晶體管燒壞(硅管的溫度120℃~200℃,鍺(zhe)管的溫度為85℃左右。

前級功放

前級功放主要作用是對信號源傳輸過來的節目信號進行必要的處理和電壓放大后,再輸出到后級功放。它就像鐵路岔道一樣,控制切換哪一路音源信號接入功放,哪一路音源信號與功放斷開。

后級功放

后級功放是進行單純功率放大的部分,它的作用就是盡可能原原本本地放大來自于前級的信號,我們對后級的要求是,放大倍數盡可能高,而放大后信號的失真程度應盡可能低。除放大電路外,還設計有各種保護電路,如短路保護、過壓保護、過熱保護、過流保護等。

放大音量：功率放大器最主要的作用就是用來放大音量的,一般就是使用在家用音響 以及各種音響設備上的。功率放大器的安裝也是比較簡單的,很多的音響設備都會自帶一些功率放大器,但是由于不能滿足需要所以一些人會自己安裝一個功率放大器。

提高音質：功率放大器除了放大音量之外,還具有提高音質的作用。但是需要注意的是只有正確的安裝了功率放大器,它才能夠有效的提高我們的音響系統的音質。

用于軍用領域

功率放大器的很重要的一個作用就是使用在軍事方面,主要就是將捕捉到的信號放大。由于我們捕捉到的聲音信號是非常小的,難以獲取有效信息,這時候我們就可以使用功率放大器將信號放大。

音頻功率放大器的作用

音頻放大器有兩種：一種是專用于音頻放大的運算放大器,它在音頻范圍內有比較好的性能(主要是頻響特性和失真特性,好的音頻放大器這兩個特性都非常好),一般用于音響的前置放大級。

另一種是音頻功放,也就是功率放大電路,用于音響的驅動級,可以驅動功率比較大的喇叭或者音響,使之發出聲音。

功率放大器的工作原理很簡單,它將音源播放的各種聲音信號進行放大,以推動音箱發出聲音。現在我們來詳細解釋一下常見的D類功率放大器的工作原理：

D類（數字音頻功率）放大器是一種將輸入的模擬音頻信號或PCM數字信息轉換為PWM（脈沖寬度調制）或PDM（脈沖密度調制）脈沖信號的放大器。然后使用PWM或PDM脈沖信號來控制高功率開關器件的通斷,這也被稱為開關放大器。D類功放是一種放大元件處于開關工作狀態的放大模式。當沒有信號輸入時,放大器處于關閉狀態,不消耗電能。當工作時,通過輸入信號使晶體管進入飽和狀態,晶體管相當于一個打開的開關,直接連接電源和負載。理想的晶體管不消耗電能,因為沒有飽和壓降,但實際上晶體管總會有一小部分飽和壓降而消耗一些電能。這種耗電只與管子的特性有關,與輸出信號的大小無關,因此特別適用于超大功率的場合。在理想情況下,D類功放的效率為100％,B類功放的效率為78.5％,A類功放的效率為50％或25％（根據負載方式而定）。

實際上,D類功放只具有開關功能,最初僅用于繼電器和電機等執行元件的開關控制電路中。然而,隨著對數字音頻技術研究的深入,開關功能（即產生數字信號的功能）在Hi-Fi音頻放大領域得到了廣泛應用。在20世紀60年代,設計人員開始研究將D類功放用于音頻放大技術,70年代,Bose公司開始生產D類汽車功放。這是因為汽車使用蓄電池供電需要更高的效率,并且空間有限無法容納具有大型散熱結構的功放器。這兩個因素都希望能夠使用高效的D類放大器來放大音頻信號。其中關鍵的一步是對音頻信號進行調制。

可以分為三個部分：

第一部分

是調制器,最簡單的方式就是使用一個運算放大器構成比較器。原始音頻信號加上一定的直流偏置后輸入到運算放大器的正輸入端,同時自激振蕩產生一個三角波加到運算放大器的負輸入端。當正輸入端的電位高于負輸入端的三角波電位時,比較器輸出高電平,反之則輸出低電平。如果音頻輸入信號為零且直流偏置等于三角波峰值的一半,那么比較器輸出的高低電平持續時間相同,輸出就是一個占空比為1：1的方波。當有音頻信號輸入時,在正半周期中,比較器的高電平持續時間大于低電平持續時間,方波的占空比大于1：1

第二部分

涉及D類功放器,這是一個通過脈沖控制的大電流開關放大器,用于將比較器輸出的PWM信號轉換為高電壓、大電流的大功率PWM信號。輸出的最大功率取決于負載、電源電壓以及晶體管允許的電流。

第三部分

將大功率PWM波形中的聲音信息還原出來的過程。解決方法很簡單,只需使用一個低通濾波器。然而,由于此時電流較大,無法采用RC結構的低通濾波器,因為電阻會耗散能量。因此,必須使用LC低通濾波器。當占空比大于1：1的脈沖到達時,電容C的充電時間超過放電時間,輸出電平上升；當窄脈沖到達時,放電時間更長,輸出電平下降。這與原始音頻信號的幅度變化完美匹配,從而使得原始音頻信號得以恢復,詳見圖2。

在設計D類功放時,需要考慮不同于AB類功放器的因素。此時,功放管的線性已經不再重要,更加關注的是開關響應和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號的幾十倍,并且需要保持良好的脈沖前沿和后沿,所以管子的開關響應必須出色。

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

一、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,現在由于高保真度的追求和對音質的評價不一樣,采用的測量方法不同,因此形成了許多名目的功率稱呼,應當注意。

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,功放輸出的最大功率。應該注意,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,為了測量方便,一般采用連續正弦波作為測量信號來測量音響設備的輸出功率。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,并將音量和音調電位器調到最大時,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目時,當一段音樂從低潮過去以后突然來一突發性打擊樂器聲,可能一臺功放能在瞬間給出相當大的功率,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電位器調至最大時,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,但無統一定論。

二、頻率響應

頻率響應是指功率放大器對聲頻信號各頻率分量的均勻放大能力。頻率響應一般可分為幅度頻率響應和相位頻率響應。

幅度頻率響應表征了功放的工作頻率范圍,以及在工作頻率范圍內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,衡量頻率響應曲線是否平坦,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系,也就是說有沒有產生相位畸變。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不很靈敏的緣故。所以,一般功放所說的頻率響應就是指幅度頻率響應。目前,一般功率放大器的工作頻率范圍為20Hz-20kHz。

三、失真

失真是指重放的聲頻信號波形發生了不應有的變化。失真有諧波失真、互調失真、交叉失真、削波失真、相位失真和瞬態失真等。

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百分數來表示。諧波失真度越小越好。

諧波失真與頻率有關。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,當接近于額定最大輸出功率時,諧波失真急劇增大。目前,優質放大器在整個音頻范圍內的總諧波失真一般小于0.1%；優秀功放諧波失真值大多在0.03%-0.05%之間。

2、互調失真

當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,就產生400Hz（差信號）和800Hz（和信號）這兩個微弱的互調失真信號。由于互調信號與自然信號沒有相似之處,因此容易使人察覺,在比較小的互調失真度時就可以聽出來,令人生厭。因此,降低互調失真是提高音響音質的關鍵之一。

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通的非線性造成的,它也是造成互調失真的原因之一。

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、瞬態失真和瞬態互調失真

瞬態失真又稱瞬態響應,它是指功放瞬態信號的跟隨能力。當瞬態信號加到放大器時,若放大器的瞬態響應差,放大器的輸出就跟不上瞬態信號的變化,從而產生瞬態失真。功放的瞬態響應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。

瞬態互調失真是現代聲頻領域里的一個重要技術指標。由于功率放大器往往加入大環路深度負反饋,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,使輸入級得不到應有的負反饋電壓而出現瞬態過載,產生很多新的互調失真量。由于這些失真量是在瞬態產生的,所以叫做瞬態互調失真。瞬態互調失真是晶體管功放電路和集成功放電路產生所謂“晶體管聲”、使其音質不及電子管功放的重要原因。

四、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。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,優質功放的信噪比大于72dB。

五、輸出阻抗和阻尼系數

功放輸出端對負載（揚聲器）所呈現的等效內阻抗,稱為輸出阻抗,阻尼系數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的,相當于在揚聲器音圈兩端并聯一個很小的電阻,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,因此常用阻尼系數來描述功放電路對揚聲器的阻尼程度。阻尼系數定義為揚聲器阻抗與功放輸出阻抗（含音箱線電阻）之比,即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。但是阻尼系數也并不是越大越好,從聽感上說,阻尼系數太大,會使聲音發干；而阻尼系數太小（成為欠阻尼或阻尼不足）,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,阻尼系數取15-100為宜。對于專業用功放,阻尼系數宜在200-400或更高。

功率放大器是一種常見的電子元件,廣泛應用于各種電路中。由于其復雜的結構和巨大的輸出功率,可能會出現各種故障。下面將介紹功率放大器常見故障及其維修分析。

電源問題

電源是功率放大器正常工作的基礎,如果電源不穩定或損壞,可能導致功率放大器無法工作。因此,在排除其他故障前,需要檢查電源是否正常,如輸入電壓、電源線路、電源開關等。

過熱問題

功率放大器在工作時會產生大量熱量,如果散熱不良可能會導致過熱故障。在這種情況下,需要檢查散熱器和風扇是否正常運轉,并確保空氣流通暢通。

輸出失真

輸出失真是指輸出信號與輸入信號不同步或失真。這通常是由于放大器的非線性特性引起的。為了解決這個問題,需要調整放大器的偏置電壓或增益,并檢查反饋電路是否正常。

噪聲問題

噪聲是指在功率放大器輸出中存在的雜音或干擾信號。這可能是由于輸入信號干擾、放大器管件損壞或故障引起的。在這種情況下,需要檢查輸入信號源和放大器管件是否正常,并應用濾波技術來減少噪聲。

輸出電平不足

輸出電平不足可能是由于電路中某些元件損壞或故障引起的。在這種情況下,需要逐一檢查電路中的各個元件,并進行替換或修理。

功率放大器是一種常見的電子元件,但其由于結構復雜且輸出功率巨大,因此可能會發生多種故障。在排除故障前,需要對功率放大器進行全面的檢查和維修,以確保其正常工作。通過合理的維護和保養,可以延長功率放大器的使用壽命,并提高其穩定性和效率。

1、用戶應將功放放置在干燥、通風的地方,避免在潮濕、高溫、油煙化學制劑有腐蝕性的環境中工作。

2、用戶應將功放放置在安全、平穩、不易掉落的臺面或機柜中使用,以免碰損或跌落在地上,將機器損壞或引起更大的人為災害,如火災、觸電等。

3、用戶應將功放避開電磁干擾嚴重的環境,如日光燈鎮流器老化等放射的電磁干擾將會引起機器CPU程序錯亂,導致機器不能正常工作。

4、PCB布線時注意,電源腳與水溏不能太遠,太遠可加1000——470U放在它腳邊。

功率需求：在選購功率放大器之前,首先需要明確自己的功率需求。這包括輸出功率和輸入功率的要求。一般來說,輸出功率應該能夠滿足所驅動負載的需求,而輸入功率應該不超過放大器的額定功率。

頻率范圍：不同的功率放大器在頻率范圍上會有所差異,因此在選購時需要注意所需的頻率范圍是否在功率放大器的工作范圍內。如果需要在較寬的頻率范圍內進行放大,那么需要選擇具有較寬頻率響應的功率放大器。

效率和線性度：功率放大器的效率是指輸出功率與輸入功率之間的比值,高效率的功率放大器可以減少能量損耗,并減少熱量的產生。而線性度則是指輸出信號與輸入信號之間的線性關系,高線性度的功率放大器可以保持信號的準確性和完整性。

可靠性和穩定性：在選購功率放大器時,需要考慮其可靠性和穩定性。一個具有良好可靠性的功率放大器能夠提供穩定的性能,并具備較長的使用壽命。

價格：在選購功率放大器時,當然也需要考慮價格因素。根據自身需求和預算情況,選擇一個性價比較高的功率放大器。

功率放大器的工作原理包括放大輸入信號、增加信號功率和驅動輸出負載。在選購功率放大器時,需要考慮功率需求、頻率范圍、效率和線性度、可靠性和穩定性等因素,并根據預算選購適合自己需求的功率放大器。

功率管是功率放大電路中最容易受到損壞的器件,損壞的大部分原因是由于管子的實際耗散功率超過了額定數值。另外,若功率放大器與揚聲器失配或揚聲器使用中長期過載,也極易損壞揚聲器（或音箱）,因此,在音響設備中,防護的目的是保護昂貴的功放和揚聲器,所以對電源、功放、音箱的過載和短路保護是完全必要的。

1、電源保護：當使用開關電源時,則有專門的保護控制端,只要輸入過電流或過電壓信號,即可達到保護目的。

2、功放級晶體管保護：功率放大晶體管除在使用中必須注意環境溫度及選用合適的散熱器外,主要是考慮過電流和過電壓保護問題,應用的集成電路都設有限流保護和熱切斷保護功能,所以在自制功放時須注意過壓保護。

3、音箱揚聲器系統保護：音響系統的保護有兩種意義：一種是音響揚聲器的過載；另一種不是音頻功率的過大、而是直流電位的偏移,導致無電容隔離的OCL或BTL電路揚聲器燒毀。