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音频功率放大器

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Unitra英语Unitra制造的立体效果音频功率放大器
Mission Cyrus 1 Hi Fi整合式音频放大器的内观图(1984年)[1]

音频功率放大器(英语:audio power amplifier),简称功放power amp),是一种电子放大器,可将低功率电子音频信号英语Audio signal(例如来自无线电收信机或电吉他拾音器的信号)放大到足以驱动扬声器耳机的水准。音频功率放大器存在于各种音响系统中,包括场馆扩声英语Sound reinforcement system公共广播英语Public address system家庭音响英语Home audio系统和吉他放大器乐器放大器英语Instrument amplifier。在信号被发送到扬声器之前,它是典型音频播放链中的最后一个电子阶段。

音频功率放大器的输入信号(例如来自电吉他的信号)可能只有几百微瓦,其输出信号可能在小型消费电子设备(例如时钟收音机)里只有几瓦,在家庭立体音响系统里有几十或几百瓦,在夜总会的音响系统里有几千瓦,而在大型摇滚音乐会扩声系统里则需要到几万瓦。虽然音频功率放大器有时会是独立装置,例如针对音响爱好者和扩声系统专业人士的高传真音响迷市场(利基市场),但大多数消费性电子音频产品,如时钟收音机、手提音响电视等,功率相对较小,会将它并入产品中。

历史

德富雷斯特的音频放大器原型,1914年

音频放大器是由李·德富雷斯特在1912年左右发明,肇因于他在1907年发明了第一个实用的放大电气元件三极真空管,从而促成其事。三极管是一种三端元件,具有一个控制网格,可以调节从灯丝到板子的电子流。三极管真空管放大器被用来制造第一台调幅收音机[2]早期的音频功率放大器基于真空管,其中一些实现了非常高的音频品质(例如1947至1949年的威廉森放大器英语Williamson amplifier)。

随着1960年代后期廉价晶体管的广泛应用,基于晶体管的音频功率放大器变得实用。自1970年代以来,大多数现代音频放大器都基于固态晶体管,尤其是双极性接面型晶体管(BJT)和金属氧化物半导体场效晶体管(MOSFET)。与真空管放大器相比,基于晶体管的放大器重量更轻、更可靠而且需要的维护更少。

MOSFET由穆罕默德·阿塔拉英语Mohamed M. Atalla姜大元英语Dawon Kahng于1959年在贝尔实验室发明,[3]1974年由日本东北大学西泽润一改造为用于音频的功率MOSFET[4]山叶很快就为他们的高传真音频放大器制造出功率MOSFET。JVC先锋公司索尼东芝也在1974年开始制造带有功率MOSFET 的放大器。[4]1977年,日立推出了LDMOS(横向扩散MOS),一种功率MOSFET。日立是1977年至1983年间唯一的LDMOS制造商,在此期间,LDMOS被用于HH电子英语HH Electronics(V 系列)和Ashly Audio英语Ashly Audio等制造商的音频功率放大器,并用于音乐和公共广播系统英语Public address system[4]D类放大器在1980年代中期获得成功,当时低成本、快速开关的MOSFET变得可用。[5]许多晶体管放大器在其功率部分使用MOSFET元件,因为它们的失真曲线更像真空管。[6]

在2010年代,仍然有音频爱好者、音乐家(尤其是电吉他电贝斯哈蒙德电风琴英语Hammond organ罗德斯电钢琴英语Rhodes piano等乐器演奏者)、音频工程师和音乐制作人更喜欢基于真空管的放大器,并且认为那是“温暖的”管声英语Tube sound

设计参数

音频功率放大器的关键设计参数是频率响应增益噪声失真。这些是相互依存的;增加增益通常会导致噪声和失真的不良增加。虽然负反馈实际上降低了增益,但它也减少了失真。大多数音频放大器都是属于AB类的线性放大器。

应用

重要应用包括公共广播系统英语Public address system、剧院和音乐会扩声系统英语Sound reinforcement system以及立体声或家庭剧院等家用系统。包括吉他放大器键盘放大器英语Keyboard amplifier在内的乐器放大器也使用音频功率放大器。

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参考文献

  1. ^ 1 – Integrated Amplifier (All Versions). [2011-01-16]. (原始内容存档于2011-04-24).  Cyrus Audio: Product Archive: Cyrus One
  2. ^ The Transistor in a Century of Electronics. nobelprize.org
  3. ^ Rethink Power Density with GaN. Electronic Design. 21 April 2017 [23 July 2019]. (原始内容存档于2021-11-23). 
  4. ^ 4.0 4.1 4.2 Duncan, Ben. High Performance Audio Power Amplifiers. Elsevier. 1996: 177–8, 406 [2023-02-08]. ISBN 9780080508047. (原始内容存档于2023-06-02). 
  5. ^ Duncan, Ben. High Performance Audio Power Amplifiers. Newnes. 1996: 147–148. ISBN 9780750626293. 
  6. ^ Fliegler, Ritchie; Eiche, Jon F. Amps! The Other Half of Rock 'n' Roll. Hal Leonard Corporation. 1993. ISBN 9780793524112.