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G类放大器的基本原理及其应用

发布日期:2019-07-26 浏览量:421次
一、G类放大器的概念及其它
1、什么是G类放大器
    放大器的分类方法有很多种,在音频应用领域,按照末级功率晶体管静态工作点的不同,可以分为A(甲)类、AB(甲乙)类、Super-A(滑动甲类)、B(乙)类等;按照末级功率晶体管的工作状态不同,可以分为模拟放大器和D类放大器(数字放大器)等;功率放大器的供电方式也不仅仅限于固定电压的一组对称的正负电源或者单一电源,也可以是多组电压不同的电源,或者电压变化的单一电源,就有了G类放大器、H类放大器之说,图1可以更好的说明这个问题。
    G类放大器采用高、低两组工作电压并且根据输出功率的大小(以信号幅度计)自动转换,图2是G类放大器的流程示意图,VCC为正电源,VEE为负电源,电压的高低以绝对值计,下同;图3是G类放大器的电源电压对应输出功率的变化曲线图。
    如果负载一定,功率放大器的理论最大不失真输出功率和静态功耗只与供电电压有关,所以采用高、低电压供电的G类放大器理论上有更高的效率,而失真度指标则与末级放大器的工作点有关。由于工作电压的转换与输入信号幅度的变化之间不会完全绝对同步,由此会带来一些额外的失真,所以G类放大器的末级工作点一般选在AB类,因为B类的效率已经很高,A类则为了音质而宁可牺牲效率。随着DC-DC电源变换技术的进步,因电源的复杂性带来的额外成本增加在逐渐降低,同时因电压转换带来的额外失真也已经降低到了几乎可以忽略的程度,尤其在大功率输出状态,由于耗散功率被电源部分的功率半导体器件分摊,G类放大器的失真度指标不降反升,甚至比AB类更好。
2、G类与H类
    G类、H类放大器是两类非常接近放大器,二者都与末级晶体管的静态工作点无关,只是供电电压的变化方式不同,H类放大器采用线性变化的工作电源,电源电压随着输出功率(以信号幅度计)的变化而变化,所以H类的音质和效率比G类要高一些,但电源更为复杂。图4可以定性的说明几类放大器在音质和效率方面的趋向。
  单单从音频功率放大的角度上来说,目前实用的A类、AB类、B类、G类、H类放大器都属于模拟放大器,而D类放大器包括纯数字放大器在内属于开关放大器,模拟信号进行数字开关放大不可避免会带来失真,音质评价上则会有我们所说的“数码声”。使用高性能数字化开关电源的新一代G类和H类放大器,音频信号放大器回路仍然模拟放大技术的,能够比较好的兼顾音质和效率,对D类放大器来说将是个有力的竞争者。也许不远的将来,G类、H类放大器会被划分到数字放大器的行列也未可知,如ST(STMicroelectronics,意法半导体)公司的“BASHTM”系列放大器,以笔者的观点来看,就是采用数字开关电源技术的H类放大器,只是ST公司和该技术的专利原始拥有者“INDIGO”公司对此都讳如莫深。
    G类放大器用于大功率放大器可以提高放大器的效率和功率输出能力,尤其是对于近年流行的3D重低音系统中的重低音、超重低音放大器来说,其效率的优势就更为明显;对于小功率放大器,在便携应用领域同样有它的用武之地;在非音频领域,TI ( Texas Instruments,德州仪器)公司2000年左右推出了G类、AB类双工作模式的ADSL线路放大器THS6032,以笔者观点,THS6032能够以400mA电流驱动25Ω负载,有着25MHz(0.1dB)的带宽,如果价格合适,用做音频线路放大器和耳机放大器也应该有不俗的表现。
    ST公司对G类、H类放大器情有独钟,除了上述“BASH”系列放大器以外,还有多款针对车用放大器的H类集成功放推向市场,下文要介绍的以TDA7294为核心的大功率G类放大器也是ST公司发表的。
二、大功率G类音频功率放大器实例
    ST公司生产的单片式大功率DMOS集成功放,内部电压推动级和功率输出级有着完全独立的供电端子,因此比较适合于G类放大器的应用,如TDA7293、TDA7294等。
1、TDA7294简介
    TDA7294是单通道高保真大功率AB类音频功放集成电路,是TDA7293的简化升级版本,二者有着一样的封装形式,只是去掉了用处不大的故障输出指示端子和不常用的主从方式并联工作模式,简化了自举电容的外接方式,额定工作电压也有所降低。TDA7294的内部等效电路简图参见图5,它的主要技术特性如下:
    ◆ 额定工作电压:± 12 ~ ± 40V;静态电流(VCC= ±35V,RL = 8Ω,典型值):30mA;
    ◆ RMS连续输出功率(VCC= ±35V,RL = 8Ω,THD=5%,典型值):70W;
    ◆ THD(VCC=±35V,RL=8Ω,PO=0.1~50W,f=20Hz~20kHz,AV=30dB,典型值):1%;
    ◆ 频率响应(-3dB,PO =1W):20Hz ~ 20kHz
    ◆ PSRR(电源电压抑制比,典型值):75dB;
    ◆ 输入阻抗:≥100k Ω;
    ◆ DMOS输出级,高功率输出能力,THD按照10%计连续输出功率能够达到100W,可以驱动低至4Ω的负载;
    ◆ 静音、待机控制功能,无开关机冲击声;
    ◆ 短路保护,过热关断功能,过热关断温度:145℃。
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