各类功放原理图及原理介绍视频(各类功放原理图及原理介绍大全)
在音频领域，人们一直坚持甲类功放的立场。A类放大器被认为具有最新鲜、最透明的声音，具有高保真度。然而甲类功放的低效率、高损耗是其固有的无法克服的问题。虽然B类功放的效率有了很大的提高，但实际效率只有50%左右。在汽车功放、笔记本电脑音响系统和专业超高功率功放等小型便携式音频设备中，效率仍然较低且不理想。因此，效率极高的D类功放因其顺应绿色革命的趋势而受到各方面的关注。
由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的非常复杂的调制电路现在无论在技术上还是在价格上都不再是问题。而且，随着近年来数字音频技术的发展，人们发现D类功放与数字音频有很多相似之处，进一步彰显了D类功放的发展优势。
D类功率放大器是放大元件处于开关状态的放大方式。当没有信号输入时，放大器处于截止状态，不消耗功率。工作时，输入信号使晶体管进入饱和状态。三极管相当于一个导通的开关，直接连接电源和负载。理想的晶体管不消耗功率，因为它没有饱和压降。事实上，晶体管总是具有较小的饱和压降并消耗一些功率。这个功耗只与管子的特性有关，与信号输出的大小无关，因此对超高功率应用特别有利。理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率只有50%或25%（取决于负载模式）。
D类功率放大器实际上只具有开关功能，早期仅用于继电器、电机等执行器的开关控制电路。但随着数字音频技术的不断深入，对开关功能（即产生数字信号的功能）的研究不断深入，将其与Hi-Fi音频放大结合使用的道路也越来越清晰。20世纪60年代，设计人员开始研究用于音频放大的D类放大器技术。20世纪70年代，Bose开始生产D类汽车放大器。一方面，汽车电池供电需要更高的效率，另一方面，空间太小，无法容纳大散热结构的功率放大器。两者都希望有一个高效的放大器，例如D类放大器来放大音频信号。关键步骤之一是音频信号的调制。
图1是D类功率放大器的基本结构，可分为三个部分：
图1D类功率放大器的基本结构
第一部分是调制器。最简单的只需要用运放组成比较器即可。在原始音频信号上添加一定的直流偏置，置于运放的正输入端。通过自振荡产生三角波并加到运放的负输入端。当正端电位高于负端三角波电位时，比较器输出高电平，否则输出低电平。如果音频输入信号为零，直流偏置三角波峰值为1/2，则比较器输出的高低电平持续时间相同，输出为占空比为1:1的方波。当有音频信号输入时，在正半周期间，比较器输出高电平的时间长于低电平的时间，且方波的占空比大于1：1；在负半周期期间，由于直流偏置，比较器正输入端的电平仍然大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间大大减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形就是脉宽受到音频信号幅度调制的波形，称为PWM（PulseWidthModulation）或PDM波形。音频信息被调制成脉冲波形。
第二部分是D类功率放大器，它是脉冲控制的大电流开关放大器，将比较器输出的PWM信号变成高电压、大电流、大功率的PWM信号。可以输出的最大功率由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流决定。
第三部分需要恢复大功率PWM波形中的声音信息。方法很简单，使用低通滤波器即可。但由于此时电流较大，RC结构低通滤波电阻会消耗能量，无法使用。必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；当窄脉冲到来时，放电时间较长，输出电平下降，这与原始音频信号的幅度变化一致。这样就恢复了原来的音频信号，见图2。
图2模拟D类功放工作原理
D类功率放大器的设计考虑与AB类功率放大器完全不同。此时，功放管的线性度意义不大，开关响应和饱和压降更为重要。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前缘和后缘，因此管子的开关响应必须良好。另外，整机的效率完全在于管道饱和压降所造成的管道消耗。因此，饱和管压降小不仅效率高，而且可以简化功放管的散热结构。几年前，此类高频大功率管的高昂价格在一定程度上限制了D类功放的发展。如今，以小电流控制大电流的MOSFET已广泛应用于工业领域。特别是UHCMOSFET近年来已应用于Hi-Fi功率放大器，器件障碍已被消除。
调制电路也是D类功放的特殊部分。要将20KHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200KHz。如果频率太低，无法满足同样要求的THD标准，则对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构也复杂。频率高，输出波形的锯齿波小，更接近原始波形，THD小，滤波器可用阻值低、体积小、精度要求相对较差的电感和电容制作，成本高相应减少。但此时晶体管的开关损耗会随着频率的升高而增大。无源元件中的高频损耗和频率偏移的集肤效应会降低整体效率。较高的调制频率也会造成射频干扰，因此调制频率不能高于1MHz。
同时，三角波的形状、频率的准确性以及时钟信号的抖动都会影响后期恢复的信号和原始信号，造成失真。因此，为了实现高保真度，需要考虑许多与数字音频保真度相同的考虑因素。
另一个与音质有很大关系的因素是驱动器输出和负载之间的无源滤波器。该低通滤波器在大电流下工作，负载为扬声器。严格来说，设计时应该考虑扬声器阻抗的变化，但将扬声器指定为功放产品是不可行的，因此D类功放与扬声器的搭配对于发烧友来说有更多的空间。实践证明，当失真度要求在0.5%以下时，二阶巴特沃斯平坦响应低通滤波器即可满足要求。如果要求较高，则需要四阶滤波器。这时就必须考虑成本、匹配等问题。
近年来，集成电路芯片已集成到D类功率放大器中用于一般应用，用户只需根据需要设计低通滤波器即可。
OTL是英文OutputTransformerLessAmplifier的缩写，是一种不带输出变压器的功率放大器。
一、OTL管功放电路特点
普通电子管功放的输出负载是动圈式扬声器，其阻抗很低，只有416。一般功放管的内阻都比较高。普通推挽功放中，屏与屏之间的负载阻抗一般为510k，因此无法直接驱动低阻抗扬声器。必须使用输出变压器进行阻抗变换。由于输出变压器是感性元件，因此电感线圈所呈现的阻抗也根据通过变压器的信号的频率而不同。为了扩展低频响应，线圈的电感量应足够大，匝数也应较多。因此，各层之间的分布电容也相应增大，限制了高频扩展。此外，还会引起非线性失真和相位失真。
为了消除这些不良影响，各种形式的电子管OTL输出变压器功率放大器应运而生。国外不断设计制造出许多适合OTL功放的新型功率管。电子管OTL功放音质清晰通透，保真度高，频响宽。高频段和低频段的频率延伸范围一般可达到10HZ100kHz，其相位失真、非线性失真、瞬态响应等技术性能优良。有显着的改善。
2、电子管OTL功放电路形式
图1(a)~图1(f)是OTL无输出功率放大器的基本电路。图1(a)和图1(b)示出了OTL功放的两种供电结构，即正负双电源和单电源。在正负双电源OTL功率放大器中，中心为地电位。这样保证了推挽电路的对称性，因此可以省去输出电容，使得功放的频率响应特性更好。为了使单电源OTL电路的两个推挽管具有相同的工作电压，中心点的工作电压必须等于电源电压的一半。同时，其输出电容C1的容量必须足够大，以免影响输出阻抗和低频响应要求。
图1(c)和图1(d)所示为OTL功放管栅极偏压的选择方法。由于上管的阴极不接地，所以上管的推动信号加在栅极和阴极之间，而下管的推动信号可以加在栅极和地之间。其偏置方式是通过中心点对地电压分压后即可取出上管，而下管的偏置电压必须由专门的负压电源提供。
图1(e)和图1(f)所示为OTL逆变电路的应用。图1(e)所示为采用屏罩分体式逆变电路来激励OTL功率放大器。只要逆变管的屏极负载电阻RL和阴极负载电阻RK的阻值相等，逆变管输出的激励电压总能保持平衡。
图1(f)所示为共阴极差分逆变器电路。由于共阴极电阻RK阻值较大，负反馈作用较深，因此电路稳定可靠。同时，只要负责差分放大的上管和下管的屏电极的负载电阻值相等，则两管的屏电极总能输出一对驱动信号电压，相反相位和相等幅度。
3、OTL功放电路的选择
对于电子管OTL功放的输出级来说，并不是所有的功率管都适合。必须选择满足以下条件的功率管才能达到良好的效果。
1、低内阻特性
一般功率管的屏内阻在10k左右，不适合OTL功放。OTL功率放大器必须使用屏极内阻在之间的功率管。这些低内阻功率管包括6AS7、6N5P、6C33C-B、6080、6336等。
2、低屏电压、大电流特性
一般功率管的屏压在400V左右，高屏压管可达800~1000V。但OTL功放必须采用具有低屏压、大电流特性的功率管，屏压在150~250V之间。以上列出的低内阻功率管均具有低屏压、大电流的工作特点。此外还有6C19、6KD6、421A、6146等功率管。这些管子本身具有低屏压、大电流的特性，但其屏电极内阻稍高，因此必须多管并联才能适用于OTL功放。
3、采用全新OTL功放专用功率管
此类管不仅内阻低，而且具有低屏压、大电流的特点，如6HB5、6LF6、17KV6、26LW6、30KD6、40KG6等。为了降低管灯丝的功耗，OTL功放中使用的许多功率管的灯丝电压都提高到20-40V，以方便串联使用。
4、OTL功放的几种典型电路
1.新型三极功率管OTL放大器
图2是6C33C-B双三极管OTL功率放大器的电路图。本电路采用国外新型低内阻、大功率双三极管6C33C-B作为OTL功率放大器。每个通道使用一对6C33C-B作为功率放大。输出8负载时，每路输出功率可达40W。
该OTL功放的输入级采用高放大倍数双三极管12AX7组成前级差分和反相电路。该电路具有输入阻抗高、动态范围大的特点。为了展宽频率响应并减少相位失真，在输入级和驱动级之间采用直接耦合。为了提高前级增益，在差分输入管12AX7的负极施加-22V电压，并串联一个1.1mA恒流二极管，使前级工作更加稳定可靠。
驱动放大级由中等放大倍数双三极管12BH7担当。该管的性能与l2AU7、12JD8、5687等双三极管相似。为了增大屏电流，提高推动级的输出能力，采用了两个晶体管并联。各管屏电压高达265V，组成共阴极推放电路。为了改善推动级的各种电性能，减少失真，展宽频率响应，在两管阴极加入更深的电流负反馈。
OTL功放输出级各通道采用一对新型双三极功率管6C33C-B。前级一对幅度相等、相位相反的推送信号通过两个0.47F电容耦合到功放管。
该OTL功放级采用正负双电源形式，功放级工作电压为182V。功放管6C33C-B栅极与阴极之间最大负电压值为-60V。上管的栅极负电压由单独的负电压电源提供，下管的栅极负电压由另一组负电压提供。
为了提高OTL功放的电气性能，在OTL中点输出端与输入端之间通过1.8k电阻加入适当的电压负反馈，使整机电气性能稳定可靠。本机的频率响应为10Hz~200kHz(0.1dB)。
OTL功放的供电方面，功放级的正负高压由电源变压器内的135V/1.3A绕组经正反向整流和二极管滤波得到182V高压。输入级和推动级的屏高压由300V/0.1A电源变压器绕组经二极管桥整流滤波后输出+395V高压。经去耦电阻降压后，得到+265V和+140V电压，分别供给12AX7和12BH7。电网负压电源分为两组。电源变压器中两个独立的60V/50mA绕组经过整流滤波后提供给OTL功放管的栅极作为栅极负偏置电压，并由两个20k可变电位器控制。调整。灯丝电源分为3组，前置放大器每个通道分为2组。功放管6C33C-B灯丝有两种使用方式。串联使用时为12.6V/3.3A，并联使用时为6.3V/6.6A。本机采用串联方式。
2、普通晶体管OTL功放
图3是6KD6五极管OTL功放电路图。它是将普通束流四极管或五极管功率管改为三极管接法的OTL功率放大器。它利用了管帘栅极在相同栅极电压下可以输出较大电流的特点。本来，由于屏电极内阻较大，工作电流受到限制。但改成三极管连接方式后，帘栅电压与屏电极电压同电位，屏电极内阻大大降低，加强了屏电极承受更大电流的能力能力，因此可以在低阻抗负载下输出更高的功率。
对于普通功率管改为三极管接法的OTL功放，并不是所有功率管都可以使用。必须选用屏压范围较大的束四极管或五极管功率管，如6KD6、6L6、6P3P、6146等。同时功放级也必须采用多只功率管并联。使用8低阻抗负载时，每路必须使用6只功率管并联才能满足低阻抗负载的要求，输出功率只有30W左右。
该OTL功放的输入级采用高放大倍数管6J2，对输入的音频信号进行比较。
显着提高，单级电压增益可达30dB以上。放大后的信号电压通过直接耦合传输至反相级。逆变级由高屏压双管6SN7担当，屏压值为340V。该管组成屏极分体逆变电路，屏极负载电阻均为33k。这样，在输出端就可以得到一对幅值相等、相位相反的推送信号电压。
OTL功放级采用SEPP并联推挽电路，可选用6KD6、6L6、6P3P等宽屏电压范围的功放管，改为三极管连接。采用6只功放管并联的输出方式，输出阻抗达到8~16。
功放级电源为正负双电源，值为230V。功放管栅极的负电压应根据不同功率管的特性来确定。上下管通过各自的分压网络并通过调节电位器得到。
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