2013年3月26日星期二

[轉載]各類放大的分別

當我們選購合併或後級擴音機時,經常會聽到Class A、Class AB,Class D等等,到底是什麼東西呢?

在此轉載來自普洛影音網的介紹

http://www.audionet.com.tw/

Class A

A類放大。這是一種擴大機(以下皆為聲頻擴大機,尤其指音響的擴大機)的訊號放大方式,每個放大元件(電晶體或真空管)負責放大一個「全波」(正半波與負半波相加),而且「隨時持續」有足夠大的電流導通,這就是A類放大。換句話說,在A類放大中,每個放大元件是隨時都在導通工作的。依照這個定義,我們可以說凡是單端(Single-Ended)設計的擴大機一定是A類,因為放大元件負責放大全波,而且隨時導通,而非互補的正半波與負半波放大方式,一個放大元件工作、另一個放大元件則休息。通常我們比較在意的是後級是否A類,因為前級所需靜態電流(沒有輸入訊號施加在電晶體基極時,流經集極的電流)很低,製作起來成本不會比其他放大類別高多少,因此幾乎都是A類放大(下次您看到廣告說前級採A類放大時不必高興,因為幾乎很難找到非A類放大的前級)。而後級所需靜態電流高很多,不僅會消耗很大的功率,產生很多的熱,還會連帶增加其他成本。因此若非必要,倒是很少廠商把後級設計為A類(通常廠商會強調純A類,其實就是A類)。

A類放大方式由於即使沒有訊號輸入時放大元件依然消耗電能(放大元件上的靜態電流至少要輸出電流峰值的二分之一),所以效率很低(大約20%),電能大部分轉換成熱能,耗電兇、熱度高,體積大。不過,由於元件隨時保持在工作狀態中,沒有B類放大那種半波工作半波休息的交替互補放大所產生的交越失真(Crossover Distortion)。此外,由於A類放大的放大元件都擁有相同的偏壓,使得放大元件的熱度相同,讓功率級更穩定更線性,音質表現為各類放大之冠。


Class B

B類放大。訊號放大任務分由一對放大元件以互補(Complementary Pair)方式分別放大正半波與負半波,這一對電晶體中的一個採用NPN型晶體,另一個則採PNP型晶體。當負責正半波的晶體工作時,負責負半波的晶體則在「休息」,由於這二個電晶體不會同時動作,而是永遠處於一個動作另一個則休息的交替狀態。因此,當沒有訊號輸入正半波或負半波的放大元件時,放大元件就沒有施加工作偏壓,也就沒有電流通過,放大元件等於在輪流休息狀態。等有訊號輸入時,放大元件才又「醒來工作」。這種交替放大方式的好處是耗電少,電能轉換效率高。但是因為它在正半波與負半波之間輪流交替「休息 / 醒來」工作,也就會在正半波與負半波相交的0點區域內產生交越失真。既然失真大,音質也就不如A類放大。

或許您會奇怪,音樂訊號不是一個完整的正弦波嗎?怎麼會變成一個正半波與一個負半波呢?這是因為有一個分相(Phase Splitter)線路會設計在電晶體基極之前,把全波先轉換成正半波與負半波,然後把正半波傳送給NPN晶體的基極,負半波傳送給PNP晶體的基極。也就是因為這種正半波負半波互補交替放大的方式,讓電流好像一下子被挽(Pull)一下子又被推(Push),所以B類放大又稱為推挽式(Push Pull)放大。


ClassAB

AB類放大。綜合A類放大與B類放大的優點而設計的線路,也是後級最常見的線路。當訊號沒有輸入放大元件時,仍然施以「適度」的工作偏壓,保持「少量」電流持續通過放大元件。或者是音樂訊號小的時候採用A類放大,音樂訊號大的時候就轉為B類放大,這種線路設計都應該稱為AB類放大。AB類放大的好處是一方面在沒有訊號輸入時不會消耗太多電能;另一方面則因為放大元件上隨時保持少量電流,讓放大元件隨時「半睡半醒」,不至於發生當訊號通過時「來不及醒來」的問題。AB類放大通常可以達到50%的效率,又可以適度改善交越失真的問題,所以廣為擴大機設計者歡迎。AB類放大也叫做推挽式放大。

現今市面上所看到的後級擴大機大部分都是AB類,但是有些廠商把無訊號通過時的工作偏壓「提得高些」,比較接近A類放大;或者是設定在小功率輸出時採用A類放大,大功率輸出時轉為AB類放大,所以又給了一個新名詞叫「動態A類放大」(動態A類並不是僅此一種,不過由於其定義不明,所以不在此討論)。由於有動態A類放大名詞的出現,有些A類放大廠商怕被魚目混珠,於是又創出一個「純A類」名稱與之對抗。


Class D

D類放大。這種放大方式異於A類放大、B類放大或AB類放大,它是以很快的速度(至少是頻率的二倍以上,例如20kHz時放大元件每秒至少要開、關切換四萬次以上)讓所有放大元件做開與關的轉換動作,藉以產生推動喇叭的電能。也因為放大元件做的是「Switching」開與關交換的工作,所以又稱為交換式放大。交換式放大因為放大元件不是「全開」就是「全關」,理論上不會浪費電能,因此號稱效率為100%,實際上大約90%。

以往,D類放大由於採用PWM(Pulse Width Modulation)方式,以高速切換的方式推動喇叭,因此在較高頻段上工作有技術上的困難,音質表現不佳,所以常被用來放大較低頻段。例如超低音內置的擴大機有部份製品就使用D類放大,因為超低音的頻寬大約在200Hz以下,甚至更低。近年由於某些廠家的技術突破,使得D類放大能夠被用在全頻段擴大機上面,並且以「不是放大正弦波」(傳統擴大機的工作就是放大正弦波)的訴求而稱為數位擴大機(開與關的動作就是1與0,這是數位的基本精神)。


Class G

G類放大。以二組不同高低供應電壓提供後級輸出級所需電壓(一般擴大機只有一組電源供應)的放大方式。有些高級後級內部每聲道各用一組電源供應,不過這並不是G類放大。G類放大的重點除了二組不同供應電壓之外,還必須在大訊號與小訊號時自動切換使用不同的供應電壓。一般作法有二種,一種是以一組AB類輸出級透過二極體或切換晶體,連接二組供應電壓。當訊號強度一般時,會自動切換到供應電壓比較低的那組電源。而當訊號特別大時,就會自動切換到另一組供應電壓高的電源。另外還有一種作法就是採用二組AB類輸出級,分別連接二組不同高低電壓的供電,藉由線路本身的自動選擇訊號大小設計,將一般強度的訊號分給低電壓那組供電,而訊號強度很高者則分配給高電壓那組供電。這樣的作法無非是要提高擴大機的效率,目前只用在專業領域裡,家用音響很少使用這種放大方式。


Class H

H類放大。這是G類放大的改良型,主要的工作方式是藉由輸入訊號的大小來自動調變最適當的電源供應電壓,用以達成電能的高效率。無論是G類或H類放大,它的特點是電源供應給輸出級功率晶體的電壓會隨著訊號大小強弱的需求而改變。而A類、AB類或B類放大提供給功率晶體的電壓是固定不變的(撇開自然壓降不計)。

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