功率放大器一般由前置功率放大、驱动功率放大及末级功率放大三个部分组成。专业用的功率放大器把这三部分一起安装在同一机箱里。为保证功率放大器长期稳定、可靠地工作,音质好,将前置功率放大与驱动功率放大组成一体,叫前级,末级功率放大单独成为一级,叫后级。功率放大器的工作原理很简单,就是将音源播放的各种声音信号进行放大,以推动音箱发出声音。从技术角度看,功率放大器好比一台电流调制器,它将交流电转变为直流电,然后受音源播放的声音信号控制,将不同大小的电流,按照不同的频率传输给音箱,这样音箱就会发出相应大小、相应频率的声音了。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能,不同的功率放大器在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。按当前影音设备消费的需求,民用影音系统中的功率放大器已基本定型为两大类,即纯音乐功率放大器和家庭影院AV功率放大器。
(1)功率放大器的种类 功率放大器按电路工作状态可分为A(甲)类放大器、B(乙)类放大器、AB(甲乙)类放大器和D(数字)类放大器。
1)A(甲)类放大器。A类放大器的工作原理是输出器件(晶体管或电子管)始终工作在传输特性曲线的线性部分,在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动,这种放大器失真小,但效率低,约为50%,功率损耗大,一般在家庭的高档机上应用较多。
2)B(乙)类放大器。B类放大器有两只晶体管交替工作,每只晶体管在信号的半个周期内导通,在另半个周期内截止。该机效率较高,约为78%,但缺点是容易产生交越失真(两只晶体管分别导通时发生的失真)。
3)AB(甲乙)类放大器。AB类放大器兼有A类放大器音质好和B类放大效率高的优点,被广泛应用于家庭影音系统、专业影音系统、车载影音系统中。
4)D类放大器。D类(数字)放大器与传统的模拟功率放大器是两种不同的工作原理,它属于开关型的音频功率放大器,使用的是PWM技术,是一种开关频率随着时钟脉冲周期变化而变化的放大器。其优点是失真小、抗干扰能力强、散热器面积小、体积小、重量轻、电源功耗小、转换效率高、具有AB类放大器的音质。其不足之处主要是成本较高。随着软硬件技术的发展,D类放大器的应用会越来越多。
(2)功率放大器的性能指标
1)输出功率。车载功率放大器的输出功率有标称功率、额定功率、工作功率和音乐峰值功率四种。标称功率是功率放大器的最大不失真功率,指在负载为4Ω,总谐波失真小于1%,输入1kHz的正弦波信号的情况下,功率放大器所能输出的功率。额定功率也称为连续正弦波功率,通常是标称功率的1/2。工作功率是功率放大器工作时所输出的功率、它与输入信号大小有关:输入信号为零时,工作功率也为零;输入信号越大,工作功率也越大;其值是动态的。音乐峰值功率指瞬态音乐信号在总谐波失真小于1%时,最高的峰值功率。它只表明功率放大器的瞬态特性,通常会超过额定功率的4~8倍。
2)频率响应。频率响应表示功率放大器的频率范围和频率范围内的不均匀度。高质量的功率放大器的频率响应在20~20kHz内,不均匀度应保持在(正负)0.5dB以内。
3)信噪比。信噪比是指功率放大器输出的各种噪声电平与信号电平之比,用dB表示。这个数值越大越好。一般功率放大器的信噪比都在80dB以上,高品质的产品往往达105dB以上。对于追求声音品质纯净的车主来说,这个数值不容忽视。
4)失真度。理想的功率放大器应该能把输入的信号放大后,将其毫无改变地还原出来。但是由于各种原因,经功率放大器放大后的信号与输入信号相比较,往往会产生不同程度的畸变,这个畸变就是失真。失真度用百分比表示,其数值越小越好。失真度可结合功率放大器另外两个重要的指标“额定功率”和“最大功率”一起讨论。一台功率放大器在其额定功率下工作,失真度应该比较小,一般达0.01%~0.5%。最大功率或桥接时,信号可能产生变形、削波(波形信号不完整)等失真,失真度也会因此增高,0.5%~1%都是正常的。失真度越小,影音效果越理想,这也是衡量一台功率放大器优劣的重要指标。
5)输入灵敏度。这是针对不同厂家、不同品牌的主机和前级音源而设置的调校电平,范围为100mV~4V甚至更高,调音时需与音源匹配。
6)输入阻抗。一般要求功率放大器的输入阻抗要高,输出阻抗要低。输入阻抗越高,越能有效地阻隔各类杂信,常见值为10kΩ或更高。
7)负载能力。车用功率放大器在立体声时阻抗为2~8Ω,个别特别设计的功率放大器,阻抗可以低至0.1Ω,能力不凡。这个时候,一台功率放大器可以并接几十个低音单元,营造理想的声压级(声压指声音对人耳产生的压强,它是衡量影音系统能力的标准,因为声压越高,对系统的要求越高,我国最高纪录为141.5dB,国外最高纪录为176.5dB)。
8)工作电压。功率放大器的电压一般都是12V,和车内的供电电压一致(有的车型是24V)。为使信号动态范围更大,增强输出功率,一般在功率放大器内采用逆变升压技术,将12V电压升压至35~40V,以便电压波动时,功率放大器的电源电路能够自动调整电压,从而保证输出功率的稳定性。目前,该技术已在功率放大器内普遍使用。
9)阻尼系数。阻尼系数是指扬声器阻抗与功率放大器输出阻抗的比值。阻尼系数大表示功率放大器的输出电阻小。
10)转换速率。转换速率是指单位时间内功率放大器最高放大级将较强的信号激励放大为高压、强电流的交流音频的能力。其值越高,转换能力就越好,扬声器就越能将原声音更接近地还原重现。
(3)改装功率放大器的选购 选购功率放大器时应考虑以下因素:(www.xing528.com)
1)品牌。目前,市面上功率放大器的种类很多,价格从几百元到几万元不等,外行人看外形好看和体积大的就认为是好的,还有的看到体积大、标称功率高、价格低就觉得买到了便宜货。其实,看起来体积大、价格低、标称功率大的放大器,质量往往不能保证,有些则是三无产品,技术指标往往也是虚的。这种功率放大器容易产生噪声,尤其是静态噪声大,随着使用时间的延长,尤其是经过冷热变化和振动,故障就会显现出来。所以,在选择功率放大器时,一定要看品牌,一般名牌产品都有自己的网站,可以在网上确认真假,避免上当受骗。每个品牌基本都有高、中、低档,在购买时要区分,以避免花高档的价格买到低档的产品。
2)功率。在汽车行驶过程中,噪声会随着车速的加快而不断提高,为使这些噪声在听觉上减少一些或者听不到,应选购功率足够大的功率放大器。在心理声学中有一种掩蔽效应,当两个声音同时传来,一个较响,一个较轻时,前者往往会把后者掩盖起来,让人听起来好像只有一个声音,比如用一盘空白磁带放在卡带机内,开机后会听到“沙沙”声,而当用同种材料的音乐磁带放唱时,基本上感觉不到噪声,这并不是噪声消失了,而是音乐信号较强,将它掩盖住了。所以,在汽车里如果想听没有什么噪声的音乐时,必须有一台功率较大的功率放大器,以提供足够的功率驱动扬声器,使扬声器播放出来的声音达到能把噪声掩盖住的程度。
3)搭配。在普通的汽车影音系统中,一般采用两台功率放大器或一台功率放大器。当采用两台功率放大器时,选用一台四路功率放大器,专门用于推动前、后车门的中高音扬声器,另一台选用两路功率放大器,用于推动超低音扬声器;当采用一台功率放大器时,常选用五路功率放大器(其中四路用于推动中、高音扬声器,另一路推动超低音扬声器)或六路功率放大器(其中四路用于推动中、高音扬声器,另两路桥接推动超低音扬声器)。
4)技术指标。由于受汽车使用条件的限制(电源不足),整套影音系统的输出功率受限,因此尽量减少功率损耗也是设计一套车载影音系统的重要目标。但这样就不能像家庭影院一样用一台功率放大器同时驱动高音、中音、低音扬声器,因为这样一来,必须采用被动分频网络,就会损耗大量的功率,令原来已显不足的输出功率更显得捉襟见肘。这就是现在车载影音系统里采用单台功率放大器专门推动超低音的主要原因。
(4)原车功率放大器的拆卸 原车功率放大器的拆卸很简单,只要找到功率放大器的位置,然后拆下连线及固定装置即可。
(5)改装功率放大器的安装
1)安装位置。安装功率放大器时需要考虑到安全性、散热性以及调试的方便性,为此其安装位置应有足够的空间,并能保持空气流通和防止潮湿,以延长功率放大器的使用寿命。适合安装功率放大器的位置主要有座椅下方、防火板上(副驾驶座一侧)和行李舱内,见表5-2。
表5-2 功率放大器的安装位置
2)安装方法
①将功率放大器安放妥当,正面要朝上,否则会影响功率放大器散热,还会启动热保护电路,过分的热量会缩短功率放大器的寿命,并且会减小输出的功率。
②标出功率放大器安装支架脚的落地位置,为安装螺栓凿好洞口,然后将功率放大器装好,并确认将螺栓旋紧,以确保安全。
③凿洞时,注意不要刺穿供油管或制动油管。若功率放大器安装在行李舱内,注意不要刺穿油箱。
④功率放大器本身不要与底盘直接接触,否则会产生噪声,安装时可在支架脚下垫上橡胶垫。
3)线路的连接。功率放大器线路的连接方法见表5-3。
表5-3 功率放大器线路的连接方法
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