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第六章 功率放大器,6.1 功率放大器的分类及性能指标6.2 功率放大器的选择与使用,返回目录,功率放大器的任务:是将信号处理单元送来的线路电平信号进行功率放大，驱动音箱放声。在整个系统中，功率放大器的作用非常重要，技术要求也非常高。,6.1 功率放大器的分类及性能指标,6.1.1 功率放大器的分类 1按照功率放大器与音箱的配接方式分类,（1）定压式功率放大器,（2）定阻式功率放大器,返回本章,2按照功率放大器使用的元件分类,（1）电子管功率放大器,（2）晶体管功率放大器,（3）场效应管放大器,（4）电子管、晶体管混合功率放大器,（5）集成电路功率放大器,返回本章,3按晶体管工作特性分类,（1）A类功率放大器,（2）B类功率放大器,（3）AB类功率放大器,（4）D类功率放大器,返回本章,4按输出级与扬声器的连接方式分类,（1）OTL电路,（2）OCL电路,（3）BTL电路,其特点是采用单电源供电；输出级与扬声器之间采用电容耦合；扬声器一端接地；具有恒压输出特性。其缺点是，其低频放大能力受到很大的限制，放大器指标不容易提高。电路,OCL电路从以下几个方面对电路进行了改进:改善了低频特性。有利电路的稳定。避开浪涌电流。电路,主要特点是：可采用单电源进行供电，两个输出端直流电位相等，无直流电流通过扬声器，输出功率大。但是扬声器浮地，给检修工作带来不利。电路,返回本章,图6-1 OTL放大电路,返回,图6-2 OCL放大电路,返回,图6-3 BTL电路原理图,返回,1整机频率特性,2谐波失真系数,3互调失真系数,6.1.2 功率放大器的电性能指标,4信噪比,5阻尼系数,6输入特性,7瞬态响应,7瞬态响应,8动态范围,9输出功率,返回本章,又称为频率响应，是指整个通道在正常工作状态下，在规定频带内相对参考频率的振幅频率响应。它表示放大器的工作频率范围和各频率幅值偏差程度。它是衡量一台放大器对不同频率音频信号放大量的均匀度的重要指标。,返回,一般也称为总谐波失真，是指在功率放大器的输入端输入一个没有失真的纯正弦波，然后在功放额定输出功率下测量输出信号的正弦波基波与它的各次谐波分量，新增加的各次谐波成分的均方根与原始基波有效值之比的百分数则为总谐波失真的大小，即,返回,实际工作时，输入信号是包含很多频率成分的复杂波形，即同时有很多个频率成分输入，此时放大器的非线性失真不仅产生多次谐波失真，各频率成分之间还会产生相互调制失真，它会造成声音尖刺，重放层次不清。互调失真的测量信号为一个15kHz正弦波（f2）和一个3.15kHz方波（f1）的混合信号，它们的有效值电压比为15.66。互调失真系数由下式计算：,返回,信噪比是信号噪声比的简称，缩写为S/N，是指功率放大器输出的有用信号电平与输出噪声电平之比，常用dB表示。,返回,简称为DF，是指功率放大器额定负载电阻对功率放大器输出阻抗（内阻抗）模数的比值。阻尼系数越大，表明对扬声器惯性振动的抑制能力越强，扬声器锥盆与驱动信号的同步效果越好，低音越纯真。优质功率放大器的阻尼系数可达到100以上。,返回,输入特性指增益电位器调到最大时，负载电阻上达到额定功率时所需的输入电压有效值。优质功放一般设有三种输入电平的选择，其含义如下。0dBm电平：输入电平为775mV时，在规定的负载上可获得额定输出功率。+6dBm电平：输入电平为1.5V时，在规定的负载上可获得额定输出功率。26dB电平：此时功放的电压增益固定为26dB（20倍）。,返回,瞬态响应是衡量放大器对瞬变信号跟随能力的一项动态指标，通常以方波信号或具有方形包络的正弦信号（称为猝发声）送入功率放大器，观察并比较输入、输出波形的差别来分析功率放大器的瞬态响应。若瞬态响应不佳，则输出信号的上升沿变缓，下降沿拖尾。在播放音乐时表现为层次感和透明度差，低音混浊，高音发毛。也可用转换速率来描述。,返回,动态范围是指放大器不失真放大最小信号和最大信号的能力。一般用dB表示小信号和大信号之间的电平差值。专业放大器的动态范围应大于90dB。,返回,输出功率是功率放大器最重要的又是最容易混淆不清的一个指标。我国的国家标准中提出了额定输出功率和最大输出功率两个不同的参数。,（1）额定输出功率,（2）最大输出功率,对于输出端以负载阻抗标示的功率放大器,对于输出端以电压标示的功率放大器,返回,6.1.3 功率放大器的可靠性指标及保护措施,（1）开机保护,（2）短路过载保护,（3）变压器过热保护,（4）直流输出保护,返回本章,6.1.4 功率放大器保护电路,返回本章,6.2 功率放大器的选择与使用,6.2.1 功率放大器的选择功率放大器与扬声器直接配套使用时应注意的原则：,（1）优质扬声器必须配置优质功放，充分发挥其优秀性能,（2）正确的功率配比,返回本章,6.2.2 功率放大器的使用,1、音量旋钮打在满程的1/2处工作比较合适。当输入电平增大到使功放的CLIP指示灯亮时，即表示功放已处于满负荷工作状态，此时输入电平就不能再增大了。,2、功率放大器应放置在平稳牢固的地方，注意避开厅堂中的通风死角，以利于散热。,3、和音箱连接时，要注意阻抗和功率的匹配。功率匹配原则是功率放大器的功率等于或大于音箱功率。音箱的阻抗应等于功率放大器指定的配接阻抗。,返回本章,第七章 扬声器系统,7.1 扬声器的分类及性能指标7.2 电动式扬声器的工作原理7.3 扬声器系统的组成7.4 音箱的选择与使用,返回目录,7.1 扬声器的分类及性能指标,7.1.1 扬声器的分类,1按换能方式分类,2按辐射方式分类,3按用途分类,返回本章,（1）电动式扬声器,返回,（2）电磁式扬声器,返回,（3）静电式扬声器,返回,（4）压电式扬声器,返回,（5）离子式扬声器,返回,（6）气动式扬声器,返回,（1）直接辐射式扬声器通常见到的纸盆（锥形）扬声器、球顶形扬声器都属于直接辐射式扬声器。它的特点是扬声器振膜直接向空气中辐射声波。直接辐射式扬声器的效率比较低。,返回,（2）号筒式扬声器,返回,（3）耳机耳机则是将小型电声换能单元通过耳垫与人耳的耳廓相耦合，将声音直接送到外耳道入口处。因为只要能在耳机与人耳的耳廓形成的小气室内产生声压就可以了，所以小的功率（0.1W）就能得到很大的声压。耳机所采用的电声换能器件可以使用效率很低但音质较好的静电式、驻极体式、压电高聚物式以及在高分子振膜上印制导电层的全面驱动的电动式扬声器，因而使耳机得到良好的音质。,返回,（1）监听扬声器用来评价节目音质的高质量扬声器。其性能要求很高，应具有宽而平坦的频率响应，极低的谐波失真，良好的指向性，大的功率承受能力，大的动态范围和高可靠性。,返回,（2）扩声用扬声器扩声用扬声器是用来向较多的人群、较宽的范围和较远的距离真实传送声音信息的扬声器，按具体应用场合可分为：剧场、电影院、音乐厅、大会堂、礼堂、会议室、宴会厅用；工厂、机关、超市、车站广播用；紧急报警用。按扩声内容可分为：音乐用、话音用、特殊信号用。,返回,（3）乐器用扬声器乐器用扬声器是配合电吉他、电子风琴等乐器而用。在电子乐器中为了放大乐器声额外添加了放大器和扬声器。乐器用扬声器要求能承受较大功率，可靠性好。,返回,（4）收音机、录音机、电视机用扬声器这种用途的扬声器一般功率不大。电视机用的扬声器还有防磁的要求。（5）警报用扬声器各类警车、工程维修车、消防车和救护车以及其他用于紧急报警等场所，频带一般较窄。,返回,（6）水下及船舶用扬声器这种用途的扬声器特别突出防水及防盐雾功能。（7）汽车用扬声器要求防尘、防震，能够在小空间内获得良好的声特性。,返回,7.1.2 扬声器的主要性能指标,（1）额定阻抗与阻抗曲线,（2）共振频率,（3）功率,（4）特性灵敏度与特性灵敏度级,（5）频率响应特性,（6）指向特性,返回本章,7.2 电动式扬声器的工作原理,电动式扬声器的结构可以分为三个组成部分：,振动系统，包括振膜、音圈、定心支片、防尘罩等,磁路系统，包括导磁上夹板、导磁柱、导磁下夹板、磁体等,辅助系统，包括盆架、压边、接线架、相位塞等,返回本章,返回本章,7.2.1 振动系统扬声器的振动系统包括策动元件音圈、辐射元件振膜和保证音圈在磁隙中处于正确位置的定心支片。,返回本章,返回本章,返回本章,返回本章,7.2.2 磁路系统,返回本章,7.3 扬声器系统的组成,扬声器系统的定义：由一个或几个扬声器和相应的附件如箱体、号筒、分频网络等组成，作为驱动电路和周围空气耦合的设备。扬声器系统的目的是获得所需声压频率特性、声场分布及特殊声效果等。,返回本章,扬声器系统,箱体,扬声器单元,附件,号筒,分频网络,7.3.1 箱体,封闭式箱体,倒相式箱体,要求：选用谐振频率低的扬声器作封闭音箱的辐射单元 封闭箱内填充许多吸音材料 扬声器振膜的刚性要好,特点：能够在声压不降低的情况下，扩展低频均匀重放的下限频率。可以减小低频重放下限频率附近的扬声器振幅失真 在相同的低频重放频率情况下，减小了音箱的容积。,图7-34 封闭式音箱,图7-36 倒相式音箱,7.3.2 分频器,分频方式,前级分频方式,功率分频方式,设计分频电路，主要解决三个问题：,一是如何确定分频点；,二是如何确定电路中的分频元件（L、C）；,三是分频电路如何与扬声器连接；,（1）分频点的确定分频点的选择应考虑音箱指向性、频率互调失真以及振膜振幅等多项因素。一般来说，音箱在100Hz以下的频段，能量是衰减的。因此往往以100Hz为基准，每隔三个倍频程作三分频时，分频点定为800Hz和6400Hz；如果每隔四个倍频程作两分频时，则分频点为1600Hz。,（2）确定分频元件L、C的值为了使加到扬声器的电功率之和为一定值，扬声器用的分频电路应具有在分频点处衰减3dB的特性，这样才能保证总的输出具有平直的特性。,图7-40 三分频12dB/oct分频电路频率特性,（3）分频电路与扬声器的连接由于分频电路在分频点上存在相位差，所以12dB/oct型的分频电路与扬声器之间采用反相连接，即中音扬声器与低音和高音扬声器的接法反相，如图7-41所示。,7.4 音箱的选择与使用,7.4.1 音箱的选用（1）选好性能指标（2）确定好投资比例（3）根据用途确定音箱品牌,7.4.2 操作时应注意的事项 操作使用时应特别注意功率放大器输出音量要适当，尤其要避免一些强大冲击信号造成扬声器损坏。每逢开机、关机，插拔电源插头以及各个部件的信号线等动作时，都应先把调音台的音量控制打在最小位置；话筒跌落地面以及反馈啸叫都会对扬声器造成威胁，应力求避免。音响系统的开启和关闭应遵循正确的顺序：,开机时，应先接通各个前级（包括调音台、信号源、处理器）的电源，最后才接通功率放大器的电源；关机时则先把调音台的音量关至最小，再切断功放电源，最后才关闭各个前级的电源，这样就可以把对扬声器的冲击减至最小。,近年来有厂家生产了所谓“电源顺序控制器”的设备，利用电子延时继电器的动作，使各台设备能按预先设定好的先后次序接通和切断电源，提高了操作的安全性，避免管理人员误操作时带来不必要的损失。,第八章 专业显示器,8.1 CRT显示器8.2 液晶显示器8.3 等离子显示器8.4 DLP投影技术介绍,返回目录,8.1 CRT显示器,8.1.1 CRT显示器的工作原理,图8-1 电子枪、荫罩板和荧光屏,返回本章,图8-2 行扫描与场扫描,图8-3 显像管示意图,8.1.2 CRT显示器的主要性能指标,（1）画面尺寸,（2）点距,（3）分辩率,（5）水平扫描频率,（4）垂直扫描频率,8.2 液晶显示器,8.2.1 液晶显示器的工作原理,图8-4 固体、液晶、液体三态及向列型和近晶型液晶结构图,返回本章,液晶的三种类型,1、向列型,2、胆甾型,3、近晶型,图8-5 胆甾型液晶结构图,由于液晶的各向异性，加之弹性系数很小，在外加电场作用下分子的排列极易发生变化。当液晶分子的某种排列状态在电场作用下变为另一种排列状态时，液晶的光学性质随之改变而产生光被电场调制的现象称为液晶的电光效应。液晶的电光效应是由液晶的介电常数、电导率和折射率的各向异性引起的。,图8-6 TN型LCD结构图,图8-7 TN型LCD的工作原理,在TN型LCD液晶显示屏面板中加上彩色滤光片，则可变成彩色显示器。彩色滤光片是由红、绿、蓝3种颜色构成的，有规律地制作在一块大玻璃基板上。每一个像素是由三种颜色的单元（或称为子像素）所组成。假如有一块面板的分辨为12801024，则它实际拥有312801024个子像素。,图8-8 常见的彩色滤光片的排列,8.2.2 液晶显示器的主要性能指标,1LCD的尺寸,2可视角度,3像素间距,4色彩表现度,5对比度,6亮度值,7响应时间,1LCD的尺寸通常所说的液晶显示器尺寸大小多指显像的对角线尺寸。传统CRT显示器的可视范围小于其显像所标的尺寸，如17英寸CRT显示器的可视范围为15.7英寸。液晶显示器的尺寸标示与CRT显示器不同，液晶显示器的尺寸以实际可视范围的对角线来标示。尺寸标示使用厘米（cm）为单位，或按照惯例使用英寸（in）作为单位。,返回,2可视角度液晶显示器的可视角度包括水平可视角度和垂直可视角度两个指标。,返回,3像素间距LCD显示器的像素间距的意义类似于CRT的点距。不过前者对于产品性能的重要性却没有后者那么高。CRT的点距会因为遮罩或光栅的设计、垂直或水平扫描频率的不同而有所改变。LCD显示器的像素数量则是固定的。因此，只要在尺寸与分辨率都相同的情况下，所有产品的像素间距都应该是相同的。,返回,4色彩表现度大部分厂商生产出来的液晶显示器，每个基色达到6位，即26=64种表现度，那么每个独立的像素就有646464=262144种色彩。也有不少厂商使用了所谓的FRC（Frame Rate Control）技术以仿真的方式来表现出全彩的画面，也就是每个基色能达到8位，即256种表现度，那么每个独立的像素就有高达256256256=16777216种色彩了。,返回,5对比度对比度定义为最大亮度值与最小亮度值之比。LCD的对比度很重要，比值越高，对比越强烈，色彩越鲜艳饱和，调整效果也会更细致，还会显现出立体感；对比度低，颜色显得“贫瘠”。CRT显示器的对比度通常高达5001，因而在CRT显示器上呈现真正全黑的画面是很容易的。但对LCD来说就不是很容易了，为了要得到全黑画面，液晶模块必须完全阻挡来自背光源的光。但在物理特性上，这些元件无法完全达到这样的要求，总会有一些漏光发生。一般来说，人眼可以接受的对比度约为2501。,返回,6亮度值亮度表示显示器的发光强度。以坎德拉每平方米（cd/m2）为测量单位。LCD的最大亮度，通常由冷阴极射线（背光源）来决定，TFT-LCD的亮度值一般都在200250 cd/m2。液晶显示器的亮度略低会显得屏幕发暗。虽然技术上可以达到更高亮度，但是这并不代表亮度值越高越好，因为太高亮度的显示器有可能使观看者眼睛受伤。,返回,7响应时间液晶显示器的响应时间是指液晶从暗到亮（上升时间）再从亮到暗的整个变化周期的时间总和。响应时间反映了液晶显示器各像素点对输入信号的反应速度，此值当然是越小越好。如果响应时间太长，就有可能使液晶显示器在显示动态图像时，出现“拖尾”、“重影”等现象。目前的响应时间降到了20ms，较好地消除了快速移动物体的拖尾现象。,返回,8.3 等离子体显示器,等离子显示器PDP的全称是Plasma Display Panel，它是在两张超薄的玻璃板之间注入混合气体，并施加电压利用荧光粉发光成像的设备。与CRT显像管显示器相比，具有分辨率高、屏幕大、超薄、色彩丰富鲜艳的特点。与LCD相比，具有亮度高、对比度高、可视角度大、颜色鲜艳和接口丰富等特点。,返回本章,8.3.1 等离子显示器的工作原理,2彩色PDP的发光机理,1等离子体发光机理,3着火电压对PDP器件的影响,1等离子体发光机理许多低压气体放电光源都直接或间接地利用辉光放电，如日光灯、霓虹灯等，PDP也是利用气体放电而发光的。辉光放电的特点之一是放电电压明显低于着火电压。,目前PDP采用的放电模式是低压辉光放电，放电时正柱区非常短甚至没有，主要靠负辉区发光，间距只有几十到几百nm，为负辉光放电，其发光效率低，只有1.01lm/W。由于正柱区和阴极辉区均属于等离子区，故将采用这种放电特性而制成的显示器件，称为等离子显示器。,1阴极辉区；2负辉区；3正柱区；4阳极辉区；58暗区图8-10 正常辉光放电的光区,返回,2彩色PDP的发光机理彩色PDP虽然结构有许多不同，但放电机理都相同。等离子显示器原理图如图8-11所示。即在彩色PDP的前、后屏玻璃之间制成许多放电空间，通过辉光放电产生的真空紫外光激发光致荧光粉发光从而实现彩色显示。,图8-11 等离子显示器原理图,真空紫外光激发荧光粉发光的原理是：当真空紫外光照射到荧光粉表面时，一部分被反射，一部分被吸收，另一部分则透射出荧光粉层。当荧光粉基质吸收了真空紫外光能量后，基质电子从原子的价带跃升到导带，价带中因电子跃迁而出现空穴。在价带中，空穴因热运动而扩散到价带顶，然后被掺入到荧光粉中的激活剂构成的发光中心俘获。,没有掺杂的荧光粉基质（例如红粉Y203）不具备产生电子的发光本领，而掺杂的荧光粉基质，具备产生电子的发光本领的发光中心（例如Eu是红粉的发光中心）。获得光子能量跃迁到导带的电子，在导带中运动，很快消耗能量后下降到导带底，与发光中心的空穴复合，使荧光粉放出一定波长的光。同一种基质的荧光粉，由于掺杂元素不同，构成的发光中心的能级不同，便可产生不同颜色的可见光，如可发出红、绿、蓝三基色光。,返回,3着火电压对PDP器件的影响PDP是一种主动发光型显示器，它是通过辉光放电而发光的，着火电压是使PDP点火发光所需的电压。必须通过电路加上点火电压，PDP才能产生放电发光。较低的着火电压可减轻PDP驱动电路的压力。因此，降低着火电压对PDP器件非常重要。气体放电时的着火电压与电极材料、电极表面状态、气体种类和成分、极间距离等有关。,返回,8.3.2 等离子体显示器的分类,1交流型PDP（AC-PDP）,2直流型PDP（DC-PDP）,图8-12（a）为彩色交流PDP的工作原理示意图。由图可见，气体放电时发射出紫外光，照射相应的光致发光荧光粉，三种荧光粉通过空间混色实现彩色显示。,AC-PDP根据电极结构的不同，又可分为单基板型（如图8-12（b）和双基板型（如图8-12（c）所示）两种。双基板型的维持电极呈正交分布在上下两个基板上，放电发生在两基板之间。单基板结构的维持电极位于同一基板上，放电发生在维持电极所在的基板表面，而荧光粉则在另一基板表面。,2直流型PDP（DC-PDP）工作时电极间加直流电压，电极直接与放电气体接触，它不同于AC-PDP具有记忆性，但采用平面脉冲存储结构可使DC-PDP获得记忆性。,8.3.3 驱动技术 等离子体显示器所需的驱动电压很高，驱动电路成本偏高，整机中75%的成本用于该电路。如能降低寻址电压就可以降低寻址驱动IC的工作电压，降低成本，提高光效，因此需要尽量降低寻址电压。富士通公司开发的寻址显示分离子场（ADS）技术，是一种低压寻址技术。,图8-14 ADS子场寻址过程,8.3.4 等离子显示器的优点,PDP电视机比较容易实现大屏幕和超大屏幕。,可视角大。在平板电视机中PDP具有最宽的可视角，可达160以上,响应时间小，运动图像拖尾时间短，动态清晰度高。,动态能耗低。,实现全数字化。,PDP采用R、G、B三色荧光粉自发光，对比度高，图像层次感强，清晰度高，显示图像鲜艳、明亮、柔和、自然；色域覆盖率大，彩色还原特性好，显示图像颜色鲜艳，饱和度强，寿命较长。,