功率放大器的性能指标

zhou771126 · 发表于 2005-4-30 09:01

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功率放大器的性能指标 
 
功率放大器的性能指标很多，有输出功率、频率响应、失真度、信噪比、输出阻抗、阻尼系数等，其中以输出功率、频率响应、失真度三项指标为主。 
1、输出功率 
输出功率是指功放输送给负载的功率，以瓦（W）为基本单位。功放在放大量和负载一定的情况下，输出功率的大小由输入信号的大小决定。过去，人们用额定输出功率来衡量输出功率，现在由于高保真度的追求和对音质的评价不一样，采用的测量方法不同，因此形成了许多名目的功率称呼，应当注意。 
(1) 额定输出功率（RMS）。额定输出功率是指在一定的谐波失真指标内，功放输出的最大功率。应该注意，功放的的负载和谐波失真指标不同，额定输出功率也随之不同。通常规定的谐波失真指标有1%和10%。由于输出功率的大小与输入信号有关，为了测量方便，一般采用连续正弦波作为测量信号来测量音响设备的输出功率。通常测量时给功放输入频率为1000Hz的正弦信号，测出等阻负载电阻上的电压有效值V，此时功放的输出功率P可表为 P=V2/RL 
式中RL为扬声器的阻抗。这样得到的输出功率，实际上为平均功率。当音量逐渐开大时，功放开始过载，波形削顶，谐波失真加大。谐波失真度为10%时的平均功率，称为额定输出功率，亦称最大有用功率或不失真功率。 
(2) 最大输出功率。在上述情况下不考虑失真的大小，给功放输入足够大的信号，并将音量和音调电位器调到最大时，功放所能输出的最大功率称为最大输出功率。额定输出功率和最大输出功率是我国早期音响产品说明书上常用的两种功率。通常最大输出功率是额定功率的2倍。但是，在放音时却有这样的情况，两台最大有用功率及扬声器灵敏度都差不多的功放在试听交响乐节目时，当一段音乐从低潮过去以后突然来一突发性的打击乐器声，可能一台功放能在瞬间给出相当大的功率，给人以力度感，另一台功放却显得底气不足。为了标志功放这种瞬间的突发输出功率的能力，除了测量上述的最大有用功率和最大输出功率之外，有必要测量功放的音乐输出功率和峰值输出功率。才能全面地反映功放的输出能力。 
(3) 音乐输出功率（MPO）。音乐输出功率（Music Power Output）是指功放工作于音乐信号时的输出功率，亦即在输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。国际上还没有统一的输出功率（MPO）和峰值音乐输出功率（PMPO）的测量标准，国外各厂家一般都有各自的测量方法。通常音乐输出功率为额定功率的4倍。 
(4) 峰值音乐输出功率（PMPO）。它通常是指在不计失真的条件下，将功放的音量和音调电位器调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。峰值音乐功率不仅反映了功放的性能，而且能反映功放直流电源的供电能力。一般来说，某一功放的上述几个输出功率有如下关系：峰值音乐输出功率>音乐输出功率>最大输出功率>额定输出功率。通常，峰值音乐输出功率是额定输出功率的8-10倍，但无统一定论。 
2、频率响应 频率响应是指功率放大器对声频信号各频率分量的均匀放大能力。频率响应一般可分为幅度频率响应和相位频率响应。 幅度频率响应表征了功放的工作频率范围，以及在工作频率范围内的幅度是否均匀和不均匀的程度。所谓工作频率范围是指幅度频率响应的输出信号电平相对于1000Hz信号电平下降3dB处的上限频率与下限频率之间的频率范围。在工作频率范围内，衡量频率响应曲线是否平坦，或者称不均匀度一般用dB表示。例如某一功放的工作频率范围及其不均匀度表示为：20Hz-20kHz，+-1dB。 相位频率响应是指功放输出信号与原有信号中个频率之间相互的相位关系，也就是说有没有产生相位畸变。通常，相位畸变对功放来说并不很重要，这是因为人耳对相位失真反应不很灵敏的缘故。所以，一般功放所说的频率响应就是指幅度频率响应。目前，一般功功率放大器的工作频率范围为20Hz-20kHz。 
3、失真 失真是指重放的声频信号波形发生了不应有的变化。失真有谐波失真、互调失真、交叉失真、削波失真、相位失真和瞬态失真等。 
(1）谐波失真。 
谐波失真是由功率放大器中的非线性元件引起的，这种非线性会使声频信号产生许多新的谐波成分。其失真大小是以输出信号中所有谐波的有效值与基波电压的有效值之比的百分数来表示。谐波失真度越小越好。 
谐波失真与频率有关。通常在1000Hz附近，谐波失真量较小，在频响的高、低端，谐波失真量较大。谐波失真还与功放的输出功率有关，当接近于额定最大输出功率时，谐波失真急剧增大。目前，优质放大器在整个音频范围内的总谐波失真一般小于0.1%；优秀功放谐波失真值大多在0.03%-0.05%之间。 
(2）互调失真。 
当功放同时输入两种或两种以上频率的信号时，由于放大器的非线性，在输出端会产生各频率以及谐频之间的和频和差频信号。例如，200Hz信号和600Hz的信号和在一起，就产生400Hz（差信号）和800Hz（和信号）这两个微弱的互调失真信号。由于互调信号与自然信号没有相似之处，因此容易使人察觉，在比较小的互调失真度时就可以听出来，令人生厌。因此，降低互调失真是提高音响音质的关键之一。 
(3）交叉失真和削波失真。 
交叉失真又称交越失真，是由于功率放大器的乙类推挽放大器功放管的起始导通非线性造成的，它也是造成互调失真的原因之一。 
削波失真是功放管饱和时，信号被削波，输出信号幅度不能进一步增大而引起的一种非线性失真。削波失真会使声音变得模糊而且抖动。削波失真是无法消除的，只有在聆听音乐时注意不要使放大器达到满功率极限。 
(4）瞬态失真和瞬态互调失真。 
瞬态失真又称瞬态响应，它是指功放瞬态信号的跟随能力。当瞬态信号加到放大器时，若放大器的瞬态响应差，放大器的输出就跟不上瞬态信号的变化，从而产生瞬态失真。功放的瞬态响应主要决定于放大器的频率范围，这就是高保真放大器将频率范围做得很宽的主要原因之一。 
瞬态互调失真是现代声频领域里的一个重要技术指标。由于功率放大器往往加入大环路深度负反馈，而且在其中一般都加入相位滞后补偿电容，因此在输入瞬态信号时，造成输出端不能立即达到最大值，使输入级得不到应有的负反馈电压而出现瞬态过载，产生很多新的互调失真量。由于这些失真量是在瞬态产生的，所以叫做瞬态互调失真。瞬态互调失真是晶体管功放电路和集成功放电路产生所谓“晶体管声”、使其音质不及电子管功放的重要原因。 
4、信噪比 信噪比是指功放输出的各种噪声（如交流声、白噪声）电平与输出信号电平的比值的分贝数。信噪比的分贝值越高，说明功放的噪声越小，性能越好。一般要求在50dB以上，优质功放的信噪比大于72dB。 
5、输出阻抗和阻尼系数 功放输出端对负载（扬声器）所呈现的等效内阻抗，称为输出阻抗，阻尼系数则是指功放给扬声器的电阻尼的大小。由于功放电路的输出阻抗是扬声器并联的，相当于在扬声器音圈两端并联一个很小的电阻，它会使扬声器纸盘的惯性振荡受到阻尼。功放的输出阻抗越小，对扬声器的阻尼越大，因此常用阻尼系数来描述功放电路对扬声器的阻尼程度。阻尼系数定义为扬声器阻抗与功放输出阻抗（含音箱线电阻）之比，即DF越大，表示功放使扬声器不能作自由振荡的制动能力（即阻尼能力）越强。但是阻尼系数也不是越大越好，从听感上说，阻尼系数太大（成为过阻尼），会使声音发干；而阻尼系数太小（成为欠阻尼或阻尼不足），因振荡拖尾较长，会使低音变得混浊不清，失真增大。 一般来说，对于民用功放来说，阻尼系数取15-100为宜。对于专业用功放，阻尼系数宜在200-400或更高。