先问一个问题,为什么需要功放?
首先我们要知道设备发声需要喇叭,喇叭是低阻抗的负载,常见为4Ω,8Ω,喇叭本质是一个电能到动能的能量转换设备,它由音圈构成,音圈带动纸盆,音圈产生的磁场和永磁体相互作用,进而推动空气振动发声,构造图如下所示:

既然知道了发声原理,那么我们很直观的就能够知道,要想让声音足够大,就需要足够的电流驱动喇叭的振膜产生大的振幅,但是很多SOC芯片的音源直出电流太小了,信号太微弱,可能只有毫伏(mV)和微安(uA)级别,完全无法驱动喇叭。这时候就需要一个“大力士”,在复刻音源的波形的同时,放大驱动喇叭的功率。
A类功放:
核心原理是信号周期内,功率管始终导通,晶体管导通角360度,没有交越失真(交越失真在下面B类功放里介绍),所以音质非常好。但是全程都消耗电流,功耗高,体积笨重,价格昂贵,效率极低,只有10~20%。仅在顶级Hi-Fi发烧,高端音箱追求极致音质的场景有使用。几乎不用于家用,汽车和便携设备。
B类功放(属于过渡种类):
既然使用一个功率管360度导通有上述缺点,那么使用2个功率管分工每人负责180度,一个负责导通正半周信号,一个负责导通负半周信号,无信号的时候管子处于截止状态,那么效率不就提升了吗?没错,这就是B类功放。它的效率确确实实是提升了,但是致命的缺点是交越失真严重,所以基本是淘汰的种类,几乎看不到。交越失真的核心原因是晶体管存在导通死区,因为两个管子在放大的时候,正弦波信号都需要首先穿越零点(-0.7V~0.7V)这个区间,此时管子没有导通,输出的波形就发生了畸变。

克服交越失真的措施是:避开死区电压区,使每一晶体管处于微导通状态,一旦加入输入信号,使其马上进入线性工作区
AB类(集成A和B类优点):
为了克服B类功放的交越失真,所以在其无信号时,管子保持微小静态电流,“越过”死区这个区间,然后就成为了AB类功放。它的优点是音质接近A类,但是效率上又接近B类,属于是二者优势的集成了。但是仍然有一定的发热量,体积依然相对较大。适用于Hi-Fi功放,高端的立体声功放和专业的舞台等,是传统模拟功放的主流。
D类功放:
D类是数字功放,与上面几种的核心区别是它并不直接放大模拟音频的波形,而是把音频信号转换成高频脉冲宽度调制方波(PWM),这一过程是通过开关的方式控制功率管导通/截止,最后通过LC滤波器还原成模拟音频。本质是数字开关放大,并非传统的线性放大。这样做的核心优势,碾压其他类型功放的地方在于,效率极高,可达90%以上,因为发热小,体积小,功耗地,非常省电,非常适合电池类供电设备。目前几乎所有的消费电子领域都用的是D类功放,包括蓝牙音箱,电视,汽车音响等等。
总结:
回到题目的问题,确实D类功放应用最为广泛,现在市场上90%以上的设备使用的都是D类。核心原因在于高效,省电,提交小,成本低。但是小众的Hi-Fi音乐发烧友会比较偏爱AB类模拟功放,他们追求的是顺滑的声音表现。 |