功率放大器

功率放大器（英文名稱：power amplifier），簡稱“功放”，是指在給定失真率條件下，能產生最大功率輸出以驅動某一負載（例如揚聲器）的放大器。功率放大器在整個音響系統中起到了“組織、協調”的樞紐作用，在某種程度上主宰著整個系統能否提供良好的音質輸出。

基本介紹

• 中文名：功率放大器
• 外文名：power amplifier
•  功放”： “功放”
• 主要種類：A,B,C,D,T類

工作原理

利用三極體的電流控制作用或場效應管的電壓控制作用將電源的功率轉換為按照輸入信號變化的電流。因為聲音是不同振幅和不同頻率的波，即交流信號電流，三極體的集電極電流永遠是基極電流的β倍，β是三極體的交流放大倍數，套用這一點，若將小信號注入基極，則集電極流過的電流會等於基極電流的β倍，然後將這個信號用隔直電容隔離出來，就得到了電流（或電壓）是原先的β倍的大信號，這現象成為三極體的放大作用。經過不斷的電流放大，就完成了功率放大。

功率放大器（圖1）

主要種類

傳統的數字語音回放系統包含兩個主要過程：

1、數字語音數據到模擬語音信號的變換（利用高精度數模轉換器DAC）實現；

2、利用模擬功率放大器進行模擬信號放大，如A類、B類和AB類放大器。從1980年代早期，許多研究者致力於開發不同類型的數字放大器，這种放大器直接從數字語音數據實現功率放大而不需要進行模擬轉換，這樣的放大器通常稱作數字功率放大器或者D類放大器。

A類放大器：

A類放大器的主要特點是：放大器的工作點Q設定在負載線的中點附近，電晶體在輸入信號的整個周期內均導通。放大器可單管工作，也可以推挽工作。由於放大器工作在特性曲線的線性範圍內，所以瞬態失真和交替失真較小。電路簡單，調試方便。但效率較低，電晶體功耗大，效率的理論最大值僅有25%，且有較大的非線性失真。因此效率比較低。

B類放大器：

B類放大器的主要特點是：放大器的靜態點在（VCC，0）處，當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。在Vi的正半周期內，Q1導通Q2截止，輸出端正半周正弦波；同理，當Vi為負半波正弦波，所以必須用兩管推挽工作。其特點是效率較高（78%），但是因放大器有一段工作在非線性區域內，故其缺點是“交越失真”較大。即當信號在-0.6V~ 0.6V之間時，Q1、Q2都無法導通而引起的。所以這類放大器也逐漸被設計師摒棄。

AB類放大器：

AB類放大器的主要特點是：電晶體的導通時間稍大於半周期，必須用兩管推挽工作。可以避免交越失真。交替失真較大，可以抵消偶次諧波失真。有效率較高，電晶體功耗較小的特點。

D類放大器：

D類（數字音頻功率）放大器是一種將輸入模擬音頻信號或PCM數字信息變換成PWM（脈衝寬度調製）或PDM（脈衝密度調製）的脈衝信號,然後用PWM或PDM的脈衝信號去控制大功率開關器件通/斷音頻功率放大器，也稱為開關放大器。具有效率高的突出優點。數字音頻功率放大器也看上去成是一個一比特的功率數模變換器.放大器由輸入信號處理電路、開關信號形成電路、大功率開關電路（半橋式和全橋式）和低通濾波器（LC）等四部分組成。D類放大或數字式放大器。系利用極高頻率的轉換開關電路來放大音頻信號的。

優點：

1）具有很高的效率，通常能夠達到85%以上；

2）體積小，可以比模擬的放大電路節省很大的空間；

3）無裂噪聲接通；

4）低失真，頻率回響曲線好。外圍元器件少，便於設計調試。

A類、B類和AB類放大器是模擬放大器，D類放大器是數字放大器。B類和AB類推挽放大器比A類放大器效率高、失真較小，功放電晶體功耗較小，散熱好，但B類放大器在電晶體導通與截止狀態的轉換過程中會因其開關特性不佳或因電路參數選擇不當而產生交替失真。而D類放大器具有效率高低失真，頻率回響曲線好。外圍元器件少優點。AB類放大器和D類放大器是音頻功率放大器的基本電路形式。

T類放大器：

T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調製D類功率放大器相同，功率電晶體也是工作在開關狀態，效率和D類功率放大器相當。但它和普通D類功率放大器不同的是：

功率放大器（圖2）

首先，它不是使用脈衝調寬的方法，Tripath公司發明了一種稱作數碼功率放大器處理器“Digital Power Processing （DPP）”的數字功率技術，它是T類功率放大器的核心。它把通信技術中處理小信號的適應算法及預測算法用到這裡。輸入的音頻信號和進入揚聲器的電流經過DPP數字處理後，用於控制功率電晶體的導通關閉。從而使音質達到高保真線性放大。

其次，它的功率電晶體的切換頻率不是固定的，無用分量的功率譜並不是集中在載頻兩側狹窄的頻帶內，而是散布在很寬的頻帶上。使聲音的細節在整個頻帶上都清晰可“聞”。

此外，T類功率放大器的動態範圍更寬，頻率回響平坦。DDP的出現，把數字時代的功率放大器推到一個新的高度。在高保真方面，線性度與傳統AB類功放相比有過之而無不及。

基本組成

功率放大器通常由3部分組成：前置放大器、驅動放大器、末級功率放大器。

功率放大器（圖3）

1、前置放大器起匹配作用，其輸入阻抗高（不小於10kΩ），可以將前面的信號大部分吸收過去，輸出阻抗低（幾十Ω以下），可以將信號大部風傳送出去。同時，它本身又是一種電流放大器，將輸入的電壓信號轉化成電流信號，並給予適當的放大。

2、 驅動放大器起橋樑作用，它將前置放大器送來的電流信號作進一步放大，將其放大成中等功率的信號驅動末級功率放大器正常工作。如果沒有驅動放大器，末級功率放大器不可能送出大功率的聲音信號。

3、末級功率放大器起關鍵作用。它將驅動放大器送來的電流信號形成大功率信號，帶動揚聲器發聲，它的技術指標決定了整個功率放大器的技術指標。

功放所用的有源器件組成

功放所用的有源器件主要是電晶體(雙極型或場效應電晶體），在工作頻率很高或要求輸出功率很大等場合,也使用電子管(包括大功率發射電子管）；在微波段使用行波管。功放按其有源器件的工作點不同可分為甲（A)類、甲乙（AB)類、乙（B)類、丙(C)類和丁（D)類等。表內列出不同工作類型的功率放大器對正弦波所能達到的最高效率。

圖1

功放常套用於廣播、通信發射機的輸出級、音響系統的輸出級以及控制系統驅動執行機構的放大器等。套用場合不同,性能要求不同，電路的構成與工作類型也不同。常用的有線性功放、諧振功放、寬頻功放電路等。為提高輸出功率，可採用功率合成技術。

表1

線性功放 用於要求非線性失真小的場合。常用電路形式有單管放大電路和推挽放大電路。單管放大電路的電路形式與電壓放大器類似，必須是甲類工作，效率最低，多用於小功率放大器。推挽放大電路由兩個有源器件構成，分別用相位差180°的輸入信號激勵，然後將它們的輸出信號反相疊加供給負載。圖1所示的是用變壓器實現反相疊加的推挽放大器原理電路。這種電路理論上兩個器件可工作在乙類，而輸出無失真。但實際的有源器件特性不是完全理想的，需工作在甲乙類。推挽放大電路也可由極性相反的電晶體互補對CPNP型和NPN型雙極電晶體對或N型溝道和P型溝道的場效應管對)構成。利用它們的互補特性構成的電路，不需相位相差180°的兩個輸入信號,輸出信號也不需反相疊加。這種電路可全部由電晶體和電阻構成，便於集成化，多用於集成功放中。

圖2

諧振功放 以諧振迴路作為有源器件的負載，專門放大窄頻帶信號的放大器。這种放大器允許電流波形有很大失真，然後利用諧振迴路將諧波濾除；可以使有源器件工作在丙類，以獲得高效率；多用於大功率發射機中的末級。若將諧振迴路調諧在輸入信號的諧波上並選擇合適的工作點，可構成倍頻器。

寬頻功放 以傳輸線變壓器作為有源器件的負載。這種功放的上限頻率可達幾百兆赫,波段覆蓋範圍寬。傳輸線變壓器按照傳輸線和變壓器的工作原理構成。

功率合成技術 多個放大器對同一輸入信號放大，然後用合成的方法,將各放大器的輸出功率相加。圖2是功率合成原理電路,它由放大器、功率合成與分配網路組成。合成與分配網路常用傳輸線變壓器構成。這種合成技術的特點是其中某一放大器工作狀態發生變化，其餘放大器的工作不受影響。

為進一步提高功放效率,先將輸入信號轉換成脈衝序列，經放大後再轉換成模擬信號。這種功放工作於脈衝放大,理論效率可達100%,稱為丁(D)類放大器。

由於有源器件的開關特性不理想,提高這類放大器的工作頻率受到限制。

在功放中，由於熱損耗大，有源器件的主要發熱部分要外加散熱器，有時還要採用風冷、水冷或蒸發冷卻，以降低器件溫升。

選購技巧

選擇功率放大器的時候，首先要注意它的一些技術指標：

1、輸入阻抗：通常表示功率放大器的抗干擾能力的大小，一般會在5000-15000Ω，數值越大表示抗干擾能力越強；

2、失真度：指輸出信號同輸入信號相比的失真程度，數值越小質量越好，一般在0.05%以下；

3、信噪比：是指輸出信號當中音樂信號和噪音信號之間的比例，數值越大代表聲音越乾淨。

另外，在選購功率放大器的時候還要明確購買意願，如果希望加裝低音炮，最好購買5聲道的功放，通常2聲道和4聲道揚聲器只能推動前後揚聲器，而低音炮只能再另配功放，5聲道功放就可以解決這個問題，功率放大器的輸出功率也要儘量大於揚聲器的額定功率。

常見種類

射頻功率放大器：

射頻功率放大器（RF PA）是各種無線發射機的重要組成部分。在發射機的前級電路中，調製振盪電路所產生的射頻信號功率很小，需要經過一系列的放大一緩衝級、中間放大級、末級功率放大級，獲得足夠的射頻功率以後，才能饋送到天線上輻射出去。為了獲得足夠大的射頻輸出功率，必須採用射頻功率放大器。

射頻功率放大器是傳送設備的重要組成部分。射頻功率放大器的主要技術指標是輸出功率與效率。除此之外，輸出中的諧波分量還應該儘可能的小，以避免對其他頻道產生干擾。

高頻功率放大器：

高頻功率放大器用於發射級的末級，作用是將高頻已調波信號進行功率放大，以滿足傳送功率的要求，然後經過天線將其輻射到空間，保證在一定區域內的接收級可以接收到滿意的信號電平，並且不干擾相鄰信道的通信。

高頻功率放大器是通信系統中傳送裝置的重要組件。按其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬頻高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出迴路，故又稱為調諧功率放大器或諧振功率放大器；寬頻高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬頻匹配電路，因此又稱為非調諧功率放大器。高頻功率放大器是一種能量轉換器件，它將電源供給的直流能量轉換成為高頻交流輸出。在“低頻電子線路”課程中已知，放大器可以按照電流導通角的不同，將其分為甲、乙、丙三類工作狀態。甲類放大器電流的流通角為360o，適用於小信號低功率放大。乙類放大器電流的流通角約等於180o；丙類放大器電流的流通角則小於180o。乙類和丙類都適用於大功率工作。丙類工作狀態的輸出功率和效率是三種工作狀態中最高者。高頻功率放大器大多工作於丙類。但丙類放大器的電流波形失真太大，因而不能用於低頻功率放大，只能用於採用調諧迴路作為負載的諧振功率放大。由於調諧迴路具有濾波能力，迴路電流與電壓仍然極近於正弦波形，失真很小。除了以上幾種按電流流通角來分類的工作狀態外，又有使電子器件工作於開關狀態的丁類放大和戊類放大。丁類放大器的效率比丙類放大器的還高，理論上可達100%，但它的最高工作頻率受到開關轉換瞬間所產生的器件功耗(集電極耗散功率或陽極耗散功率）的限制。

功率放大器（圖4）

如果在電路上加以改進，使電子器件在通斷轉換瞬間的功耗儘量減小，則工作頻率可以提高。這就是戊類放大器。在低頻放大電路中為了獲得足夠大的低頻輸出功率，必須採用低頻功率放大器，而且低頻功率放大器也是一種將直流電源提供的能量轉換為交流輸出的能量轉換器。高頻功率放大器和低頻功率放大器的共同特點都是輸出功率大和效率高，但二者的工作頻率和相對頻頻寬度卻相差很大，決定了他們之間有著本質的區別。低頻功率放大器的工作頻率低，但相對頻頻寬度卻很寬。例如，自20至20000 Hz，高低頻率之比達1000倍。因此它們都是採用無調諧負載，如電阻、變壓器等。高頻功率放大器的工作頻率高（由幾百kHz一直到幾百、幾千甚至幾萬MHz），但相對頻帶很窄。例如，調幅廣播電台（535－1605 kHz的頻段範圍）的頻頻寬度為10 kHz，如中心頻率取為1000 kHz，則相對頻寬只相當於中心頻率的百分之一。中心頻率越高，則相對頻寬越小。因此，高頻功率放大器一般都採用選頻網路作為負載迴路。由於這後一特點，使得這兩种放大器所選用的工作狀態不同：低頻功率放大器可工作於甲類、甲乙類或乙類（限於推挽電路）狀態；高頻功率放大器則一般都工作於丙類（某些特殊情況可工作於乙類）。

寬頻帶發射機的各中間級還廣泛採用一種新型的寬頻高頻功率放大器，它不採用選頻網路作為負載迴路，而是以頻率回響很寬的傳輸線作負載。這樣，它可以在很寬的範圍內變換工作頻率，而不必重新調諧。綜上所述可見，高頻功率放大器與低頻功率放大器的共同之點是要求輸出功率大，效率高；它們的不同之點則是二者的工作頻率與相對頻寬不同，因而負載網路和工作狀態也不同。

功率放大器（圖5）

高頻功率放大器的主要技術指標有：輸出功率、效率、功率增益、頻寬和諧波抑制度（或信號失真度）等。這幾項指標要求是互相矛盾的，在設計放大器時應根據具體要求，突出一些指標，兼顧其他一些指標。例如實際中有些電路，防止干擾是主要矛盾，對諧波抑制度要求較高，而對頻寬要求可適當降低等。功率放大器的效率是一個突出的問題，其效率的高低與放大器的工作狀態有直接的關係。放大器的工作狀態可分為甲類、乙類和丙類等。為了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙類、丙類，即電晶體工作延伸到非線性區域。但這些工作狀態下的放大器的輸出電流與輸出電壓間存在很嚴重的非線性失真。低頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋係數大，不能採用諧振迴路作負載，因此一般工作在甲類狀態；採用推挽電路時可以工作在乙類。高頻功率放大器因其信號的頻率覆蓋係數小，可以採用諧振迴路作負載，故通常工作在丙類，通過諧振迴路的選頻功能，可以濾除放大器集電極電流中的諧波成分，選出基波分量從而基本消除了非線性失真。

所以，高頻功率放大器具有比低頻功率放大器更高的效率。高頻功率放大器因工作於大信號的非線性狀態，不能用線性等效電路分析，工程上普遍採用解析近似分析方法——折線法來分析其工作原理和工作狀態。這種分析方法的物理概念清楚，分析工作狀態方便，但計算準確度較低。以上討論的各類高頻功率放大器中，窄帶高頻功率放大器：用於提供足夠強的以載頻為中心的窄帶信號功率，或放大窄帶已調信號或實現倍頻的功能，通常工作於乙類、丙類狀態。寬頻高頻功率放大器：用於對某些載波信號頻率變化範圍大得短波，超短波電台的中間各級放大級，以免對不同fc的繁瑣調諧。通常工作於甲類狀態。

主要指標

技術指標

1、額定功率（rate power）：是指連續的正弦波功率，在1kHz正弦波輸入及一定的負載下，諧波失真小於1%所輸出的功率，表示成W/CH（瓦/聲道）。一般來說，額定功率越大，造價越高。

功率放大器（圖6）

2、總諧波失真（THD）：是指高次諧波占基波的百分比，總諧波失真越小越好，好的功率放大器的總諧波失真能達到0.02%

3、轉換率（slew rate）：單位時間上升的電壓幅度，單位為伏/微秒，它反映了功率放大器對瞬態聲音信號的跟蹤能力，是一種瞬態特性指標。

4、阻尼因子（damping factor）：其定義為功率放大器的負載阻抗（大功率管內部電阻加上音箱的接線線阻），例如8Ω：0.04Ω=200：1，一般要求比值比較大，但不能太大，太大會覺得揚聲器發聲單薄，太小則會使聲音混濁，聲音層次差，聲像分布不佳。

5、輸出阻抗（output impedance）（或稱額定負載阻抗）：通常有8Ω、4Ω、2Ω等值，此值越小，說明功率放大器負載能力越強。就單路而言，額定負載為2Ω的功率放大器，可以帶動4隻阻抗為8Ω的音箱發聲，並且失真很小。

性能指標

無論AV放大器和Hi-Fi功放對功率放大器要求十分嚴格，在輸出功率、頻率回響、失真度、信噪比、輸出阻抗和阻尼係數等方面都有明確要求。

輸出功率：

輸出功率是指功放電路輸送給負載的功率。人們對輸出功率的測量方法和評價方法很不統一，使用時注意。

功率放大器（圖7）

1、額定功率（RMS）：它指在一定的諧波範圍內功放長期工作所能輸出的最大功率（嚴格說是正弦波信號）。經常把諧波失真度為1%時的平均功率稱為額定輸出功率或最大有用功率、持續功率、不失真功率等。很顯然規定的失真度前提不同時，額定功率數值將不相同。

2、最大輸出功率：當不考慮失真大小時，功放電路的輸出功率可遠高於額定功率，還可輸出更大數值的功率，它能輸出的最大功率稱為最大輸出功率，前述額定功率與最大輸出功率是兩種不同前提條件的輸出功率。

3、音樂輸出功率（MPO）：音樂輸出功率MPO是英文Music Power Outpur的縮寫，它是指功放電路工作於音樂信號時的輸出功率，也就是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。

音樂輸出功率可以用來評價功放的動態聽音效果，例如在平穩的音樂過程後面突然出現了衝擊性強的打擊樂器聲音，有的功放電路可在瞬間提供很大的輸出功率給以力度感有使不完的勁；有的功放卻顯得力不從心底氣不足。為了反映這瞬間突發性輸出功率的能力可以用音樂輸出功率來量度。

功率放大器（圖8）

4、峰值音樂輸出功率（PMPO）：它是最大音樂輸出功率，是功放電路的另一個動態指標，若不考慮失真度功放電路可輸出的最大音樂功率就是峰值音樂輸出功率。

通常峰值音樂輸出功率大於音樂輸出功率，音樂輸出功率大於最大輸出功率，最大輸出功率大於額定輸出功率，經實踐統計，峰值音樂輸出功率是額定輸出功率的5-8倍。

頻率回響：

頻率回響反映功率放大器對音頻信號各頻率分量的放大能力，功率放大器的頻響範圍應不低於人耳的聽覺頻率範圍，因而在理想情況下，主聲道音頻功率放大器的工作頻率範圍為20-20kHz。國際規定一般音頻功放的頻率範圍是40-16kHz±1.5dB。

失真：

失真是重放音頻信號的波形發生變化的現象。波形失真的原因和種類有很多，主要有諧波失真、互調失真、瞬態失真等。

動態範圍：

放大器不失真的放大最小信號與最大信號電平的比值就是放大器的動態範圍。實際運用時，該比值使用dB來表示兩信號的電平差，高保真放大器的動態範圍應大於90dB。

自然界的各種噪聲形成周圍的背景噪聲，而周圍的背景噪聲和演奏出現的聲音強度相差很大，在通常情況下，將這個強度差稱為動態範圍，優良音響系統在輸入強信號時不應產生過載失真，而在輸入弱信號時，有不應被自身產生的噪聲所淹沒，為此好的音響系統應當具有較大的動態範圍，噪聲只能儘量減少，但不可能不產生噪聲。

信噪比：

信噪比是指聲音信號大小與噪聲信號大小的比例關係，將攻放電路輸出聲音信號電平與輸出的各種噪聲電平之比的分貝數稱為信噪比的大小。

輸出阻抗和阻尼係數：

1、輸出阻抗：功放輸出端與負載（揚聲器）所表現出的等效內阻抗稱為功放的輸出阻抗；

2、阻尼係數：阻尼係數是指功放電路給負載進行電阻尼的能力。

相關術語

工作範圍

工作範圍是指功率放大器在規定的失真度和額定輸出功率條件下的工作頻頻寬度，即功率放大器的最低工作頻率至最高工作頻率之間的範圍，單位Hz（赫茲）。放大器實際的工作頻率範圍可能會大於定義的工作頻率範圍。

工作模式

功率放大器的工作模式主要有以下幾種：

時分雙工（TDD）模式：

在TDD模式的移動通信系統中，接收和傳送在同一頻率信道（即載波）的不同時隙，用保證時間來分離接收和傳送信道。

TDD系統有如下特點：

1、不需要成對的頻率，能使用各種頻率資源，適用於不對稱的上下行數據傳輸速率，特別適用於IP型的數據業務；

2、上下行工作於同一頻率，電波傳播的對稱特性使之便於使用智慧型天線等新技術，達到提高性能、降低成本的目的。

時分多址（TDMA）模式：

TDMA是時分多址（Time Division Multiple Access）的英文縮寫。同一頻率的載波在某一特定時間內，分成若干相等的小時間段，供多個不同號碼的用戶使用不同的小時間段來實現連線的通信方式。簡而言之，它是將一個狹窄的無線頻道分割成框架性的時間片斷（特別是3和8），並將每一個時間片斷分配給每一個用戶的數字無線技術。

傳輸增益

指放大器輸出功率和輸入功率的比值，單位常用“dB”（分貝）來表示。功率放大器的輸出增益隨輸入信號頻率的變化而提升或衰減。這項指標是考核功率放大器品質優劣的最為重要的一項依據。該分貝值越小，說明功率放大器的頻率回響曲線越平坦，失真越小，信號的還原度和再現能力越強。

輸出功率

功率放大器的功率指標嚴格來講又有標稱輸出功率和最大瞬間輸出功率之分。前者就是額定輸出功率，它可以解釋為諧波失真在標準範圍內變化、能長時間安全工作時輸出功率的最大值；後者是指功率放大器的“峰值”輸出功率，它解釋為功率放大器接受電信號輸入時，在保證信號不受損壞的前提下瞬間所能承受的輸出功率最大值。

接收增益

增益是天線的主要指標之一，它是方向係數與效率的乘積，是天線輻射或接收電波大小的表現。增益大小的選擇取決於系統設計對電波覆蓋區域的要求，簡單地說，在同等條件下，增益越高，電波傳播的距離越遠。而功率放大器的接收增益值越大，則接收性能越強。

避雷保護

常見的直擊避雷保護措施：

避雷針：避雷針用來保護工業與民用高層建築以及發電廠、變壓所的屋外配電裝置、輸電線路個別區段、在雷電先導電路向地面延伸過程中，由於受到避雷針畸變電路的影響，會逐漸轉向並擊中避雷針，從而避免了雷電先導向被保護設備，擊毀被保護設備和建築的可能性。由此可見，避雷針實際上是引雷針，它將雷電引向自己，從而保護其它設備免遭雷擊。

避雷線：避雷線也叫架空地線，它是沿線路架設在桿塔頂端，並具有良好接地的金屬導線，避雷線是輸電線路的主要防雷保護措施。

避雷帶、避雷網：在建築物上沿屋角、屋脊、檐角和屋檐等易受雷擊部位敷設的金屬格線，主要用於保護高大的民用建築。

浪涌保護

浪涌也叫突波，顧名思義就是超出正常工作電壓的瞬間過電壓。本質上講，浪涌是發生在僅僅幾百萬分之一秒時間內的一種劇烈脈衝，。可能引起浪涌的原因有：重型設備、短路、電源切換或大型發動機。而含有浪涌阻絕裝置的產品可以有效地吸收突發的巨大能量，以保護連線設備免於受損。

浪涌保護器，也叫信號防雷保護器，是一種為各種電子設備、儀器儀表、通訊線路提供安全防護的電子裝置。當電氣迴路或者通信線路中因為外界的干擾突然產生尖峰電流或者電壓時，浪涌保護器能在極短的時間內導通分流，從而避免浪涌對迴路中其他設備的損害。

注意事項

對於主要作用是向負載提供功率的放大電路通常稱為功率放大電路，其主要特點如下：

1、輸出功率是指交變電壓和交變電流的乘積，即交流功率；

2、交流功率是在輸入為正弦波、輸出波形基本不失真時定義的；

3、輸出功率大，因而消耗在電路內的能量和電源提供的能量也大；

4、電晶體常常工作在極限套用狀態，由此要考慮必要的散熱措施和過電流、過電壓的保護措施。

阻抗匹配

在所有電子音像設備中，都有一個功率輸出的最佳方案問題，即為了獲得最大的功率輸出而又不增加電路的投資經費，這就是功率放大器與揚聲器系統的最佳組合。

功率放大器組合的目的是為了達到最小的設備投資而獲得最大的功率輸出。

為了達到最大輸出功率，所以負載的大小應該使功率管的電流輸出和電壓輸出的乘積最大，這時的狀態稱為功率匹配狀態。在音響設備的揚聲器系統中音響的輸出阻抗應為揚聲器組合狀態的總阻抗，這樣音響的輸出功率才是標明的額定標準功率，否則音響的輸出功率就達不到要求。

例如：音響標準接頭上標明是4Ω、100W，那么該接頭上的阻抗就是兩個8Q揚聲器的並聯，每個揚聲器可得到50W，這樣綜合揚聲器系統，就是4Ω、100W，否則不能實現100w的功率輸出。

防護措施

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於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、功放級電晶體保護：功率放大電晶體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，套用的積體電路都設有限流保護和熱切斷保護功能，所以在自製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。

主要特點

功率放大器簡稱功放，以其主要用途來說，功放可以分做兩個主要類別，即專用功放與民用功放。在體育館場、影劇場、歌舞廳、會議廳、公共場所擴聲，以及錄音監聽等處所使用的功放，一般說在其技術參數上往往會有一些獨特的要求，這類功放通常稱之為專用功放或是專業功放。

而用於家庭的Hi-Fi音樂欣賞，AV系統放音，以及卡拉OK娛樂的功放，通常稱為民用功放或是家用功放。

專用功放與民用功放儘管在一些特性參數上有所差別，但也很難說有一條涇渭分明的界線，比如用於音樂錄音監聽的功放很可能就是一台可用於家庭Hi-Fi甚至是Hi-end功放。

Hi-Fi功放與AV功放：

Hi-Fi功放與AV功放是家用功放中的兩個主要類別。這兩類功放用於不同的用途，設計的側重也不相同。Hi-Fi功放用於欣賞音樂，使用者追求的是儘可能的"原汁原味".而AV功放的使用者追求的是與畫面相配合的“現場”效果，甚至是誇張了的“現場”效果。這兩類功放不太好直接比較孰優孰劣，比如價位同為三千多元的Hi-Fi功放與AV功放，Hi-Fi功放的成本投入只在兩個聲道上，而AV功放的成本投入則要兼顧5-6個聲道，還要具有一定的效果處理功能。如果僅看其兩個主聲道的投入，肯定低於Hi-Fi功放兩個聲道的投入。其放音效果的差異是顯而易見的。但是無論是Hi-Fi功放還是AV功放，都有高檔精品型與超值普及型之分。

一般來說，很難能有一台可以對Hi-Fi、AV全兼容的AV功放，AV功放兼顧Hi-Fi音樂欣賞是有條件的，這一條件就是使用者欣賞音樂時的要求與標準，如果使用者僅是用來欣賞一些休閒音樂，或是只要求能夠聽到樂曲的旋律，AV功放是比較容易滿足的，但是要是對音樂欣賞有較高的要求，一般的AV功放就難於滿足了。

電晶體功放與電子管功放：

用於Hi-Fi欣賞的功放可以分作電晶體功放和電子管功放兩大類，以前還有用積體電路或是模組電路的Hi-Fi功放，但現已經不多見。音響技術超級論壇 電晶體功放和電子管功放並不存在著優劣的差異，只不過套用的器件不同（一是電晶體，一是電子管），由於兩類器件不同，其物理基理與電路特點也不相同。

電子管的電流是電子在真空中受電場力的吸引，運動形成的。而電晶體的電流是半導體元素的外層電子在電場力的作用下轉移位置形成的。這種物理基理的不同，造成在實際套用中電路特點也不同。相對來說，電子管功放的工作電壓較高，但工作電流比較小，而電晶體功放的工作電壓較低，工作電流都比較大。 電子管功放與電晶體功放的音色確是有一定的差異，兩者對瞬態信號的回響也不相同。這種不同都又分別適應了不同類別的音樂和不同的音樂欣賞者，所以Hi-Fi功放中形成了電晶體功放和電子管功放並存的情況。不過，若是以品牌、型號、數量而言，電晶體功放所占的份額仍是絕對大於電子管功放。

甲類功放與乙類功放：

電晶體功放輸出級電晶體的工作狀態，可以分做甲類與乙類。所謂甲類，簡單地說就是使輸出級電晶體在正弦交流信號的正負半周時均工作線上性區，而乙類則是僅使輸出級的電晶體在正弦交流信號的正半周（或是負半周）工作線上性區。由於輸出級電晶體的工作狀態不同，使得輸出級的電源利用效率（即輸出功放與耗電功率之比）也不同。在實用的輸出電路中，乙類的效率要比甲類的效率高2-3倍。

甲類功放不存在交越失真，而且不論實際輸出功率大小，輸出級晶體的內阻均為恆定。而乙類功放總會有一定的交越失真（儘管這種失真可能極小），另外，在大輸出時輸出級電晶體的內阻較小，但在小輸出時輸出級電晶體的內阻卻比較大。這些不同，造成聽感上也有不同，甲類功放的聲音相對乙類功放而言比較柔和，另外對音箱的低頻控制力也比乙類功放強，尤其是在小音量時低音的質感要好一些。甲類功放的這些特點，使得甲類功放在實際套用中不需要很大的輸出功率餘量，一台20W-30W的甲類功放已經能夠把大多數的音箱推動得很不錯了。

前面提到了甲類功放的電源效率低，這一原因造成甲類功放工作時要散發大量的熱量。為了使電晶體的工作溫度不超過一定限度，需要較大體積和面積的散熱器，這使得甲類功放的體積、重量都比較大。

純後級功放與單聲道功放：

常見的功放都是把放大小信號的前置放大器（前級）與功率放大器（後 級）做在一個機殼中，這種功放常被稱為“合併功放”，合併功放使用方便，又有比較好的性能價格比。但這種合併功放有它一些固有的缺點，其中最不好克服的就是前級與後級之間的相互干擾問題了。為了解決這一問題，於是便把前級與後級分別做在兩個機殼中，這樣就有了純後級功放。大多的純後級功放都是雙聲道的結構形式，但這種結構形式使得兩個聲道相互干擾問題又不太好解決，為了解決兩個聲道相互間的干擾便又出現了把兩個聲道分開的單聲道純後級功放。

把功率放大器這樣一塊塊地分割開，最主要的意義是要提高功放的素質，而不是追求這種形式。如果僅僅在形式上實現了相互分開，儘管可以解決相互干擾問題，但其它參數並未明顯改善，那么這種分開對功放提高整體素質來說還是有限的。

功率放大器有電晶體與電子管之分，前級同樣也有電晶體和電子管之分。對於音響愛好者與音樂愛好者而言，在選用前級與後級上有多種的組合形式，而不同的組合形式又有不同的音效特點，這使得使用者又多了一些選擇的空間。

與純後級功放配接的前級對整個音響系統的優劣影響比較大。首先它必須具有一定的素質，否則，純後級或是單聲道的優點便發揮不出來，甚至有可能把一台劣質前級的“毛病”突出出來，整體音效反而更差了。再有，不同的前級後級配合其音色特點不同，使用者可以根據個人的偏愛選擇不同的組合形式。

比如，很多音響與音樂愛好者就喜歡用“膽前、石後”（即電子管前級，電晶體後級）的組合方式，覺得這樣組合既發揮了電晶體後級功率輸出大，瞬態回響好的特點，又領略了電子管前級音色甜美、醇厚的“韻味”，不過這種搭配也並不是“金科玉律”,因為具體的前級與後級都有各自的特點，而對音色的偏愛又因人而異，使用者可以依據具體的情況找出自己所喜愛的組合方式。

Hi-Fi功放應有多大的輸出功率：

Hi-Fi功放應有的輸出功率受很多因素影響，首先這一輸出功率與所配接的音箱關係較大，其次還與功放的自身素質有關，再有就是與所使用的環境，也就是房間的空間體積有關。

音箱有一項參數叫作靈敏度，它的單位是dB/m?W,所代表的意義是當音箱得到1W的電功率時距離音箱1m處產生的聲壓（dB）。如果某款音箱的靈敏度是90dB,那么在1m處得到90dB的聲壓需有1W的功率來推動。要得到100dB的聲壓， 那就需要10W的功率來推動了。但如果音箱的靈敏度是80dB（如ATC的SCM-10）要想達到100dB的聲壓則需要100W的功率來推動了。大多數音箱的靈敏度約為85dB-90dB,對這些音箱來說，有10W-30W的不失真功率已經能夠有足夠的聲壓了。

功放自身的素質，與功放應有的輸出功率關係較大。功放的參數中有一項稱為阻尼係數，這是表示對音箱控制能力的一項參數，但這一參數有一個適度範圍，而且又和具體的音箱有直接關係。一般說來，如果一台功放的素質很好，在30 W輸出時仍能保持其性能參數在一定的水準。那么就沒有必要去要求功放有更大的功率輸出。可是如果功放的素質不很理想，當輸出功率增加時會引起其性能參數的劣化，那么就應當使功放的輸出功率有一定的餘量，以保證在實用的輸出功率下仍有一定的良好參數。通常情況下，當功放為甲類輸出或是電子管功放，則不需要有過多的輸出功率餘量，20W-30W的輸出功率已經夠用了。但如果是乙類功放或是素質較差的功放，這時應使功放的輸出功率有較大的餘量。另外，如果配接的音箱是大型倒相式，也應使功放有較大的輸出功率餘量。在從功放自身的素質考慮功放應有的輸出功率時，將功率餘量選得大些確實能改善功放與音箱的適配情況。

選擇輸出功率較大的功放主要的意義，不是因為需要那樣大的聲壓，而是要改善功放對音箱的適配狀態。如果一台輸出功率適度的功放已經能夠把音箱控制的得心應手，那么就沒有必要對這台功放提出更高的輸出功率要求。

使用環境，也就是房間的空間體積與功放應輸出的功率也有一定的關係，以上所談及的輸出功率大小，是以房間的空間體積在40以下而言，如果房間的空間體積較大，那么功放的輸出功率則應加大一些。

電子管功放輸出級的特點：

電子管功放的功率輸出級有三種電路類型，一類是有輸出變壓器的推輓輸出電路。這類輸出電路類型在電子管功放中占了絕大多數。在推挽電路中的輸出變壓器中直流成分很少，二次諧波失真也很小，這類電路的輸出功率可以做得比較大，所以適用範圍也比較大。一般說對膽機音色有興趣的音響愛好者來說，這類輸出級的膽機很合適。不過這類功放的，輸出變壓器的設計與工藝至關重要，如果輸出變壓器的設計與工藝上有不足之處，往往這類功放的頻率回響，瞬態回響就不太理想。另外由於輸出變壓器的制約，所以配接音箱的適應範圍較小。

另一類功率輸出級的電路類型是單端甲類電路。這類電路也有變壓器，但這類電路的輸出變壓器中有很大的直流成分，對輸出變壓器的要求比推輓輸出電路中輸出變壓的要求要高。另外對供電電源的要求也比較高。這類輸出電路的特點是二次諧波成分比較多，儘管這是一種諧波失真，但對音樂信號來說，二次諧波是高度的諧合音，所以聽起來很入耳。這一特點使得這種輸出電路的功放在聲音的音色上很有特點，尤其是當功放級採用三極體時，人聲聽起來很甜美，室內樂中的弦樂聽起來也很細膩，或者說，這類功放的聲音很有味道。但是這類功放的輸出功率不容易做得大，所以如果配用的音箱靈敏度較低，在放送大型管弦樂曲時就比較勉強了。這類電子管功放都很受一些音響玩家的歡迎，往往在備有一台大功率電晶體功放之外，又備有一台此類功放，想來是在音色上互有所補，不過，這也說明此類功放的音色特點確有動人之處。

還有一類電子管功放的輸出級電路是OTL電路，所謂OTL電路就是無輸出變壓器電路。現代的電晶體功放輸出級幾乎全是OTL電路或是OTL電路的改進型。電子管和電晶體的特性參數與工作狀態不同，電晶體功放很容易適合配阻抗為4- 8的音箱，而電子管功放要想不需要輸出變壓器去適配4-8的音箱就要費些周折了。電子管OTL功放由於去掉了輸出變壓器，所以在技術參數上比前面提到的那兩類電路有很大的提高，這類輸出電路的功放聲音極有特色，和前面兩類輸出電路相比，它有宏偉的氣勢和寬闊的聲場，和電晶體功放相比它的音色又溫暖、細膩。這類功放由於沒有輸出變壓器，所以能夠適應較寬範圍的音箱阻抗。但是這類輸出級的功放電源效率低，設計、工藝、調試都比較複雜，這類輸出電路的功放僅見於一些高檔機種中，很難見到低價位的普及型機種。

電流特點：

對功放電路的了解或評價，主要從輸出功率、效率和失真這三方面考慮。

1、為得到需要的輸出功率，電路須選集電極功耗足夠大的三極體，功放管的工作電流和集電極電壓也較高。電路設計使用中首先要考慮怎樣充分地發揮三極體功能而又不損壞三極體。由於電路中功放管工作狀態常接近極限值，所以功放電流調整和使用時要小心，不宜超限使用。

2、從能耗方面考慮，功放輸出的功率最終是由電源提供的，例如收音機中功放耗電要占整機的2/3，因此要十分注意提高電路效率，即輸出功率與耗電功率的比值。

3、功放電路的輸入信號已經幾級放大，有足夠強度，這會使功放管工作點大幅度移動，所以要求功放電路有較大的動態範圍。功放管的工作點選擇不當，輸出會有嚴重失真。

使用技巧

功率放大器在某種程度上主宰著整個系統能否提供良好的音質輸出。

對於很多人來說，對放大器並不是十分的了解，不清楚在功放音箱中，都需要哪些的配件進行配置，才能將功放的效果播放到一個最佳的狀態。

第一種：就是在喇叭下面裝個電阻做電流取樣，實際上反饋回去的還是電壓信號，是模擬的電流反饋，做的人最多，但是這個電路有缺陷的，有2個方面的原因：

1、是他的輸出增益會隨著阻抗的變化而變化。結果使加在喇叭2端的不是恆壓了，好象這樣可以使加到喇叭上的功率恆定。

由於揚聲器的聲壓特性曲線是在恆壓輸出下測試的，所以單純的這種電路並不好聲，聽感不佳，好玩而已，不過有改進型的電路，以電壓負反饋為主，加適量的這種類型的電流負反饋，倒是可以做出不錯的聲音，但此時電流負反饋的作用是改變功放的阻尼係數，對幅頻特性影響不大。

2、是取樣點在喇叭的下面，喇叭是個電感，電流流過電感其相位會變化，低頻還好，高頻可以移相90度，相位特性極差。

第二種：負阻放大器，除了在一些特別的場合，第一個用於音響上並取得成功的是YAMAHA，其主要的作用是對低頻的延伸有很好的改善作用，但是對200Hz以上的頻率卻會起到劣化音質的效果，所以一般是用在超低頻有源音箱上。

實際上，這種電路是和音箱搭配使用的，單獨沒有什麼實際使用的意義。其工作原理是：如果音箱是一個剛體，那么加上一個管子，就可以變成一個理想的霍爾莫滋共鳴箱，那么不管這箱子大小如何，管子的粗細怎樣，只要符合霍爾莫滋共振計算公式。哪怕20Hz的諧振點也可以做的到，箱子的大小，只是效率高低而已，由於音箱上有喇叭的存在，喇叭在發聲的時候是在運動的，音箱就不是一個剛體，那么箱子就不會產生霍爾莫滋共鳴。

因此，如果在發聲的時候喇叭的振膜是靜止不動的。那么，箱子就接近剛體，就可以滿足霍爾莫滋共振的條件，可以任意的設計這個箱子的諧振點。發聲的時候讓喇叭不動的工作就是負阻功放的任務了。負阻功放的工作原理是當喇叭在低頻段工作的時候，其阻抗特性急劇變化，放大電路通過電流取樣將這種變化取出來反饋給功放，使得功放以電流的形式進行控制喇叭，如果對放大電路進行等效分析，可以發現功放的內阻在計算上成負阻特性。

在動態放大的時候使得喇叭加放大器的內阻接近於0。結果這種電路使得在喇叭不管朝哪個方向都受到很強的阻尼。只要發聲以結束，喇叭就不動了，箱子也就變剛體了。

第三種：電流模反饋放大電路，這個才是實用的電流放大電路，也是真正的電流型負反饋，其反饋的信號是電流，不是電壓，就是說在負反饋端不是加上，而是加入，有電流流入的。這種電路最早是在視頻傳輸，或則儀器設備象示波器什麼的上用的很多。

由於是低阻負電流反饋輸入這種電路的高頻特性極佳，容性負載的驅動能力超強，只要進過改進，發現做功率放大器很是不錯，可以彌補電壓型放大器的一些先天不足，象開環頻響低，閉環的瞬態頻響失真，極弱的容性負載驅動能力。缺點是這種電路的開環增益比較低，閉環後的失真會比電壓型放大器高一個數量級。不過，做的好總失真也不會過0.01%。

主要套用

無論在全球移動通信系統、第三代移動通信系統、無線區域網路等民用領域，還是在雷達、電子戰、導航等軍用領域，射頻功率放大器作為這些系統中的前端器件，對其低耗、高效、體積小的要求迅速增加。

眾所周知，功率放大器是射頻電路眾多模組中功率損耗最大的，作為系統的核心和前端部分，它的效率將直接影響系統效率，因此效率問題成為現代功率放大器的研究熱點。在大多數功率放大器中，功率損耗的主要是電晶體損耗，主要由電壓和電流產生的，從而提出開關類功率放大器，主要有D類，E類和F類。其中F類功率放大器專門設計一個諧波網路來實現漏極電壓和電流波形控制。理論上，F類功率放大器的漏極效率為100%，被稱為新一代功率放大器。

傳統功率放大器由於輸出電路上的功率消耗，其工作效率很低。為增加傳統功率放大器的工作效率，理想的F類功率放大器使用輸出濾波器對電晶體輸出電壓或電流中的諧波成分進行控制，歸整電晶體輸出的電壓和電流波形。從而實現集電極電流的角度參數為90°，即保持集電極波形為半個正弦波，集電極電壓波形為方波，並且兩者的相位差是λ/4，這樣集電極電壓和電流的波形就沒有交疊區，從而達到100%的理想效率。