功率放大器是指在给定失真率条件下,能产生最大功率输出以驱动某一负载的放大器。功率放大器在整个音响系统中起到了“组织、协调”的枢纽作用,在某种程度上主宰着整个系统能否提供良好的音质输出。
功率放大器可以说是各类音响器材中最大的一个家族了,其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后,产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。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,不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。
功率放大是利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。因为声音是不同振幅和不同频率的波,即交流信号电流,三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍,β是三极管的交流放大倍数,应用这一点,若将小信号注入基极,则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍,然后将这个信号用隔直电容隔离出来,就得到了电流(或电压)是原先的β倍的大信号,这现象成为三极管的放大作用。经过不断的电流及电压放大,就完成了功率放大。
在通信设备中,一个多级放大器的最后一级总要带上一定的负载,例如使扬声器发出声音,或者接到长途线路上使信号能作远距离的传输等,这就要求放大器输出一定的信号功率。因此这一级放大器就称为功率放大器。
目前功率放大器的主流工艺依然是gaas工艺。另外,gaas hbt,砷化镓异质结双极晶体管。其中hbt(heterojunction bipolar transistor,异质结双极晶体管)是一种由砷化镓(gaas)层和铝镓砷(algaas)层构成的双极晶体管。
cmos工艺虽然已经比较成熟,但si cmos功率放大器的应用并不广泛。成本方面,cmos工艺的硅晶圆虽然比较便宜,但cmos功放版图面积比较大,再加上cmos pa复杂的设计所投入的研发成本较高,使得cmos功放整体的成本优势并不那么明显。性能方面,cmos功率放大器在线性度,输出功率,效率等方面的性能较差,再加上cmos工艺固有的缺点:膝点电压较高、击穿电压较低、cmos工艺基片衬底的电阻率较低。
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