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      科普 | 為什麼音頻放大器需要電源才能工作?

      放大器是大多數實用音頻信號鏈中的重要組件,通常需要電力才能正常運行。它們用於驅動揚聲器和耳機、將咪高峰和樂器信號增強到可用水平,包括許多其他原因。



      為什麼音頻放大器和前置放大器需要電源?無論是固態、電子管還是數字音頻放大器,都旨在增加輸入音頻信號的幅度(電壓、電流或功率)。由於無法產生能量,因此放大器需要電源來增加所述幅度。



      為什麼音頻放大器需要電源?

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      音頻放大器是有源設備,這意味着它們需要電源才能正常工作。



      它們需要外部電源來為輸入音頻信號提供增益並應用增益,以在輸出端增強它們。換句話說,音頻放大器需要功率來放大。


      大多數放大器的電源都內置在放大器本身中。如果放大器內置於較大的設備(混音器、音頻接口、有源揚聲器等)中,則電源通常也內置於較大的設備中。它有效地從電源獲取交流電,並將其轉換為可用電壓來運行設備。



      同樣,放大器需要功率以某種方式放大輸入信號並將其在輸出處變成更強的版本。我們將在以下部分中介紹發生這種情況的具體方式。



      功率放大器電源通常被認為與功率放大器本身是分開的。然而,對於功率放大器來說,更好的方法是作為電源的擴展,而不是相反。


      功率放大器的閥門有效地控制電源能夠提供的電流。它們使用較小的輸入信號來實現這一點,並有效地導致較大的潛在電源電流模仿較高信號電平的輸入波形。




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      電子管放大器
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      顧名思義,電子管放大器在其放大器電路中使用真空管。真空管放大器最基本的形式是三極管。三極管的工作原理是什麼,以及它為什麼需要電源呢?


      真空管

      我們來看一下三極管的簡化圖:





      這 3 個電極稱為:


      A:陽極(極板)——帶正電

      K:陰極——帶負電

      G:網格

      H:加熱器(不是電極)


      電子管放大器的電源通過電子管加熱器發送電流,使電子管達到工作溫度。它還向陽極施加正電荷,向陰極施加負電荷,從而有效地在管子的這兩個電極之間施加大電壓。當管子被加熱時,熱電子發射導致陰極釋放電子。然後這些電子通過真空流向帶正電的陽極板。


      電子管放大器的有效輸入信號連接到柵極,即第三電極。柵極充當能夠調節陰極和陽極之間電流的閥門。通過將輸入信號的電壓施加到柵極,低電平輸入信號控制柵極,從而控制流經陰極和陽極的大電流以及陰極和陽極之間的電壓。


      這實際上就是電子管放大器的工作原理。電源產生相當大的電流,而相對較小的輸入音頻信號控制較大的信號。正如預期的那樣,結果是放大。





      真空管放大器原理圖


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      固態放大器
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      顧名思義,固態放大器在其放大器電路中使用固態電子器件,其中的有源放大元件是電晶體。我們了解一下電晶體的工作原理以及它為什麼需要電源才能工作。


      電晶體可以被有效地認為是真空管的固態版本。事實上,在所有涉及成本、尺寸和製造簡易性的電子產品中,電晶體已在很大程度上取代了電子管。


      大多數固態放大器中使用的電晶體是雙極結型電晶體 (BJT)。它們看起來像這樣:

      看一下兩種類型雙極結型電晶體的原理圖符號:




      雙極結型電晶體(NPN 和 PNP)


      BJT 的 3 個端子是:

      B:底座

      C:收藏家

      E:發射器


      BJT 放大器的工作原理如下:基極端子上的小電流能夠控制其他兩個端子之間大得多的電流。為了起到放大器的作用,必須在集電極-發射極之間施加電勢。然後,基極電流充當閥門來控制較大電流。


      固態功率放大器輸出級具有兩個 BJT(一個 NPN 和一個 PNP)。每個 BJT 通過自己的電源軌供電。NPN 具有 +V 電源軌,將電流從集電極發送到發射極。PNP 具有 –V 電源軌,將電流從發射極發送到集電極。


      這可以從下圖所示的固態放大器的簡化示意圖中看出:








      還可為其他電路供電

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      放大器的主要作用是放大音頻信號,同時還可能需要為其他電路供電。


      例如,咪高峰前置放大器通常會提供幻象電源。幻象電源用於為電容式咪高峰的有源組件供電,需要供電的還包括有源鋁帶咪高峰。


      DAC(數模轉換器)放大器單元需要電源將數字音頻信號轉換為模擬音頻信號。與幻象電源一樣,DAC 電路在技術上與模擬信號放大器電路是分開的,但兩個電路可以使用同一電源運行。


      具有內置放大器的設備很可能使用同一電源運行其他有源電路和放大器。例如,音頻接口可以通過單個電源運行其前置放大器、幻象電源、模數轉換器、數模轉換器、耳機放大器等。



      其他相關問題

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      1、為什麼要使用前置放大器和功率放大器?

      音頻前置放大器對低強度信號應用增益,使其達到線路電平。功率放大器獲取線路電平信號並將其放大到揚聲器電平,以有效驅動揚聲器並將音頻再現為聲音。使用兩者可以將咪高峰、唱機或低電平樂器信號提升至揚聲器電平。



      2、音頻放大器的輸出是交流電還是直流電?

      音頻信號是交流電,因此音頻放大器輸出也是交流電。這些交流電的頻率範圍通常超出 20 Hz – 20,000 Hz(人類聽覺範圍)。放大的電音頻信號用於驅動揚聲器/耳機或其他音頻設備(混音器、錄音機、處理器等)。