功放的后级

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发表于 2016-2-19 19:32 | 只看该作者 回帖奖励 |倒序浏览
关于D类功放,一直争论不休,可我很看好D类功放,D类功放取代模拟功放,是必然趋势,就如晶体管功放代替电子管功放、CD代替LP。目前,D类功放的名称比较乱,有称为数字功放,有称为数码功放的,这里有必须澄清一下。D类功放是把模拟信号转变成脉冲信号进行放大,再通过低通滤波还原成模拟信号输出给音箱,与传统功放相比,前者工作在开关状态,后者工作在线性状态。D类功放输入的是模拟信号,输出的也是模拟信号。而数字功放是对数字信号进行功率转换,通过低通滤波输出给音箱,输入的是数字信号,输出的是模拟信号,在功放级完成数字信号的 DAC 转换,所以国外也称为功率DAC。功率DAC的性能更好,技术难度更大。
    陆陆续续,玩过几种D类功放,当然由于条件限制,都是低端的东东。最早试的是ZXCD1000,说是音质很好,想想反正也不贵,就试试吧,于是买了块 ZXCD1000,配一台IBM 37V 8A开关电源供电。开机试听,低音的改变令人印象深刻,低音快速而有力,绝不拖泥带水,中音还可以,高音就很一般了。ZXCD1000 最高开关频率只有200kHz,所以它的性能当然离 Hi-Fi 很远了。使用了几天,发现,最大的问题一是输出滤波电感非常烫,二是功放有自激的趋势,于是不敢用了,烧了音箱不划算,从此打入冷宫。就这样交了第一次学费,不过对于D类功放,终于有了感性认识。
    后来,看到了 Tripath 的T类功放,国内外的评价都不错,于是又心动了。T类功放属于D类功放的一种,使用了独特的调制方法。比较了各型号的参数,决定选用 TA2022,有100WX2的功率输出,开关频率大于650kHz,基本能满足我的要求,于是购入一块功放板。TA2022 也不是浪得虚名,70W 输出时失真0.015%,互调失真0.1%,信噪比(A记权)102dB。为了充分发挥这块功放的性能,决定整一个高性能的电源,刚好手头有一台老的Y记合并功放,于是就想把它改成一台线性稳压电源,同时音箱保护电路还能用上。经过仿真、计算,花几天时间,终于把它改成了稳压电源。把小小的功放板直接装入老功放机箱内,T类功放制作完成。开机试听,确实物有所值,音质可与3000元左右AB类功放相当。但发现了1.8kHz 的干扰,仔细研究手册,发现芯片内有一自激式升压电路给MOSFET驱动电路供电,开关频率只有2kHz左右,刚好落在人耳敏感区域,这是我无法接受的。于是用LM317制作了一路电源直接供给驱动级,到此,此功放开始正式服役,一直用到现在。可惜,Tripath 公司关门了。
    后来,又在淘宝收了一台 SHARP SD-AT1200T 1比特功放,一台 SONY S550 S-Master 一体机,都是小AV功放,买来只是满足自己的好奇心而已。S550 是一台真正的数字功放,模拟信号只在音箱输出端出现,为了实现音频输出,还专门用了一片 AK4382 的 DAC 芯片。老实说 S550 的音质是出乎我的意料的,声音很纯净,较中性,但低频力度不够。受制于电源的输出能力,使用三肯 STR-F6267 组成的自激式开关电源,功率不可能超过300W,要达到100WX6的功率输出,显然是不可能的。
    一直在网上找相关的资料,慢慢地将注意力集中到了ICEpower。Bang & Olufsen ICEpower 是 B&O 与丹麦技术大学 Karsten Nielsen 博士合作创建的公司,其特有的特有的D类功放模组,目前已发展到了第三代。从A系列(2001年)、ASP系列(2003年)、ASC系列(2005年)到目前的ASX2(2007年)系列,产品从中、大功率转向了中、小功率,从单声道转向双声道和多声道。
    ASX2有三个型号,50ASX2、125ASX2和250ASX2。前两代,均未标榜 Hi-Fi,第三代明确说“Audiophile Performance: Today, ICEpower brand is associated with superior audio performance, accomplished through a range of successful applications by the most demanding audio brands in high-end consumer, automotive and professional markets. ”
    海的那边,ICEpower 功放炒得火热,一些名厂使用 ICEpower 模组的 Hi-End 功放也获得了很好的口碑,口水直流,却也无可奈何,ICEpower 的模组不供应给个人,只能 YY。曾经有人在淘宝上卖过几十块50ASX2模组,被隔壁坛里的一抢而光,下手晚了没买到,为此郁闷了好长时间。后来,费了老大的劲,才终于搞到3块 125ASX2 模组,虽然功率小了点,但已经很满足了。打算用1块做一台双声道后级,另2块做一台二分频功放。
    ASX2 究竟有什么过人之处呢?先看下国外的产品。每个声道使用一块125ASX2,工作于BTL方式。
    Bel Canto S500,标价: $2999 USA
    国外 Hi-End 厂常用的做法,ICEpower模组加一小块输入电路板。.
    diyAudio上面的制作,感觉机箱小了,不利于散热。
    可以看到 ASX2 系列是完成度非常高的D类模组,自带高性能开关电源,装箱就是一台双声道功放。要用来装台七声道后级,也不是难事,只要用4块模组,多出一个声道,刚好可以做双中置输出。
    Acoustic Reality eAR 256 3G-WBT(标价4000欧元)
    下面开始动手制作,先制作双声道功放,二分频功放另发一贴。
    先炫一下125ASX2。设计严谨,做工非常的好,元件布局非常紧凑。用了多层电路板,初步判断是4层板,电源和地是单独的层。每块都有条码,大厂风范。模组异常地小,还没有巴掌大。板上有一路±24伏电源输出可供前级,我这里只用来供电源指示LED工作。
    看一下125ASX2的主要指标和特点。输出功率120WX2(1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, SE)、450W(1% THD+N, 20Hz–20kHz, 4Ω, BTL);动态范围117dBA;THD+N 0.002%(1W, 8Ω,1kHz, SE模式);带宽1.5Hz-90kHz;互调失真 0.0009%;瞬态互调失真 0.007%;阻尼系数>500;最大输出电流 30A, 允许100ms到500ms,足以满足大功率音乐输出;电源部分和功放部分均带超温保护、过流保护;允许连续输出功率65W(环境温度25℃),允许最大功率输出时间 80s(400W输出)。很NB的说,光从指标来看,令大多数功放汗颜。
    首先需要一个漂亮的全铝小机箱。接着选择线材,由于模组是通过插接件连接,发烧线太粗是不可能用了,只能选用特富线镀银线了,线径合适,传输阻抗小,好在线用得都很短。前面板需要电源开关和指示,如用常用的电源开关,LED指示比较麻烦,面板很厚,发光二极管安装困难,后来找到了这种全铜镀镍的带环形指示的开关,价格高昂,但确实漂亮。搜遍淘宝,终于凑齐了各种材料。

    中间的制作过程很平淡,也很简单,只需要细心地接线,不多说了。接线没有采用最短的路径,而是以防止干扰为原则。

    做好以后,没有直接接音箱试机。先通电,测输出静态电压,一个声道5mV,一个声道19mV,都非常小,也很稳定。参考国外的整机,都没有加音箱保护电路,所以这里我也省了。静态测试正常,就可以接音箱和前级试机了。接好线后,先打开了我的V1400功放,把音量关到最小,再打开小功放电源,然后缓缓增大音量,优美的声音徐徐响起,成功了!

    音质如何,我不想多说,只想说声音比较厚实,全频带比较均衡,说不出缺点,属于比较中性的声音。印象深刻的是那种气定神闲,一个字:稳。

》》》》》》》》》

下面扒一扒功放那些事。
    在发烧圈,明显地分成两派,一派主张耳朵收货,一派认为指标重要。一直在争,一直没有结果。尤其是关于线材,过几天就会争论一番,谁也说服不了谁,争论也将一直进行下去。说实话,好指标不等于好声,好声必定有好指标,一个指标很差的器材,不要妄谈什么好声,会闹笑话的。没有规矩不成方圆的道理谁都懂。其实,玩音响就是玩个心情,玩个满足感,大可不必如此刻板,各人有各人的玩法,自己觉得好就行。针对不同消费群体的产品,不能用统一的标准来衡量。iPhone就是一个很好的例子,当初上市时没几人看好,结果大获成功。使用它的人,我敢说大多数也就当普通的手机用的,但人家玩的不是手机,是体验。苹果的成功,确实值得我们学习和思考。
    是枝重治在《前置放大器电路设计的发展史》中说“前置放大器不是只靠电路设计就能搞好的”,当时很不理解,现在终于懂了。我们喜欢把技术和产品混为一谈,其实好的技术不一定能成为好的产品,好的产品不一定采用最好的技术。乔布斯卖的不是技术,是体验,是理念,iPhone、iPad都只是一个载体罢了。
    扯远了,还是回到功放上来吧。从晶体管诞生之日起,就一路磕磕拌拌,争论不断。晶体管功放尽管指标非常好,但音质却不如电子管功放,这是为什么呢。其实,由于晶体管不是理想的线性器件,就会产生各种各样的失真(最常谈到的就是谐波失真和瞬态互调失真)。由此,产生了各种各样的电路型式,甲类、超甲类、ALA、电流倾注、前馈式、AA类、超线性等等数不胜数,但绝大多数最后都化作了浮云。随着半导体工艺的不断提高,如今已不再纠结于具体的电路型式了。在产品同质化越来越明显的今天,我们作为普通消费者,我们只需要关心最终的音质还原效果。
    那么,怎么来判断一款产品的优劣,怎么来看那些指标?我想谈谈自己的感受,供参考。
    一、分立元件功放好,还是集成电路功放好
    现在被厂商忽悠得认为分立元件功放才是高音质的代名词。错了,设计和调试不好的分立功放,还不如集成电路功放。分立元件功放输出功率可以做得很大,设计灵活,但要求管子严格配对,精心调试,成本高,对温漂的补偿比较困难,所以分立元件功放是不敢不用扬声器保护电路的。集成电路功放电路简单、紧凑,产品一致性好,工作稳定可靠,但受到热阻和半导体工艺的限制,最大功率和转换速率都不很高。两种功放都有非常优秀的产品。集成电路功放在有源音箱和中小功率功放中应用较多。近年来,优秀的功放驱动 IC 多了起来,如国半的LME系列,又多了一种选择。
    商品机中,分立元件功放见得较多。如果是 DIY 功放,我要选择电路的话,优先考虑 IC 驱动功放,既有IC功放稳定可靠的特点,也能通过输出管的合理选择,达到较高的性能。分立元件电路是坚决不会考虑的,因为可靠性永远是摆在第一位的。
    二、是否需要大功率功放
    现如今,功放功率越做越大,就是AV功放也动辄100W以上,是否必要?不管是 Hi-Fi还是影院,播放时都要求声音达到一定的声压级,如75dB或80dB,而声压级不仅取决于功率,还取决于音箱的灵敏度。以灵敏度90dB的音箱为例,离箱4m,要达到90dB声压级,需4W的功率,按音乐信号规律平均功率为峰值功率1/8计算,要求功放最大输出功率32W,再留些余量,100W肯定够了。当然,如果离箱8m的话,最大功率要200W。
    最大功率我们要看1%失真时的功率,10%失真的功率是没有意义的。
    三、什么是推力,是否功率越大推力越强
    功放的推力,不是一个严谨的科学指标,而是人的主观感受,但却能很好地说明功放的实际工作能力。究竟什么是推力,恐怕都说不清。我认为,推力就是功放的低阻抗推动能力。
    在所有的器材中,后级功放的工作条件是最恶劣的,工作在大功率、大电流,更要命的是作为负载的音箱,是一个复合负载,要等效成由R、L、C组成的复合电路,其阻抗特性和相位特性都很差。所以功放实际工作时指标劣化很严重。很久很久以前,有一篇电声专家李宝善翻译的《民用声频功率放大器功率输出能力》一文,给我留下了深刻的印象。Sekiya和Otala用电阻、电感和电容组成复合阻抗模拟音箱,对几种高品质的功率放大器进行实际输出能力测试,结果发现,在负载有相角的情况下,为不致于产生大的失真(1%),有一台100W的功放,实际输出只有5W。为什么输出变小了,因为它的最大输出电流不足以驱动过低的阻抗。
    实际音箱的阻抗,远比我们想象的复杂。下面我们看看具体的音箱的阻抗曲线。
    JBL Studio L880:标称阻抗8Ω,实际最小阻抗才3.828Ω,只有标称阻抗的一半不到。
    Dynaudio Evidence Master:标称阻抗4Ω。丹拿为什么难推,知道其中的一个原因了吧。
    Sonus Faber Amati Homage:标称阻抗4Ω
    可见,最低阻抗往往只有标称阻抗的一半,更有变态的设计,由于分频器中采用了复杂的补偿网络,某些频率阻抗可低到1Ω。
    我们考察了音箱的阻抗特性,我们再来看一些Hi-End功放的输出能力。Krell KSA-50S,输出功率50W/8Ω,100W/4Ω,200W/2Ω,400W/1Ω,最大输出电流60A,注意功率/阻抗的整数倍关系。从推力来说,神机也。50W的功放,具有60A的最大输出电流,没有什么音箱是它推不转的。而一般的功放输出功放100W/8Ω的话,4Ω只能输出大约150W,就是说明电源供应不足,因为理论上输出功率应达到200W。
    可见,推力大跟功率大没有必然关系,500W的功放也不一定能推动1Ω的负载,机器早就短路保护了。当然,实际选功放时,不必象Krell这样变态,如果能稳定地驱动2Ω的负载,我们就可以认为该功放的推力不俗。
    回到ICEpower 125ASX2,我为什么看好它,我们来分析一下。先看电源部分,由于市售的电源无法满足功放的要求,所以工程师干脆集成了开关电源,由于整体设计,可使电磁干扰的影响降到最小。它使用ST的SG3525AP作为半桥开关电源的控制器,这是一款老芯片,工程师选它肯定有他的理由。半桥选用2只ST的B20NM50FD大功率MOSFET,耐压500V,电流20A,很强劲。电源变压器次级整流输出使用了高速同步整流,MOSFET使用的是12CN10N,耐压100V,电流67A,导通电阻12.4mΩ。滤波电容是金字高速电解,680uF/50V。这就是为什么功放能输出30A电流的强力保证。考虑周到的是,电源部分有防浪涌功能(8kV),防止感应雷击坏电源和功放。再说功放部分,由于有散热器挡着,看不到输出管,但我们可以根据官方参数推算一下。10%失真时最大输出功率150W/4Ω,推算出供电电压约为36V,根据最大输出40A,算出最小允许负载阻抗1.2Ω,所以说手册中说能驱动2Ω负载是完全可信的。不过为了保证功放长时间可靠工作,手册中规定,对称负载时允许最小负载3Ω,不对称负载时,允许一个声道2Ω,另一个声道最小6Ω。
    四、为什么都认为AV功放不如纯功放
    这个问题其实不是技术原因,而是成本和体积的原因。AV功放如果按纯功放的理念来打造,恐怕贵得绝大多数人都享用不起了。要在有限的成本中制造5个或七个声道分立元件大功率功放,必然要简化功放设计,要解决整机的散热问题和减小体积,必然是要减小功放的静态电流,使之更接近B类,同时变压器的功率也要缩小,通过使用大容量电解电容来保证瞬态功率。最要命的是最大输出电流的限制,AV功放不能使用低阻抗的音箱,电源功率不允许,大功率管性能不允许,散热也不允许。因此AV功放,即使是旗舰,音质也无法与档次相近的Hi-Fi功放相提并论,要追求极致的音质,只能使用分体后级。先锋在中、高档AV功放上使用ICEpower模组,就是另一种更具性价比的解决方法,看来先锋会坚持走下去。

》》》》》》》》》》》》》》

补充一下
JEFF Rowland MODEL 功放,使用的是LM3886集成功放IC,采用了LM3886多片并联输出的方式,注意这样做不是为了增大输出功率,而是为了增大输出电流,也就是驱动能力。这样能发挥IC的优点,又解决了IC输出电流不足的缺点。
功放的后级

》》》》》》》》》》》
不同功率的模组电路是不一样的,额定功率的大小都设计时就确定的,用户是无法通过调节开关来改变的。
看样子你还是没看明白我的贴,最大输出电流比最大输出功率重要,驱不动低阻抗负载功率大也用处不大。
看了下IRAUDAMP 7S官方文档,不过指标都比ICEpower差一些。
》》》》》》》》》》》》

刀疤叔叔
本帖最后由 刀疤叔叔 于 2014-1-23 16:43 编辑
炫耀贴之三 IRS2092S驱动7声道300瓦大功率数字功放
1:数字功放,免调试,使用传统环牛,比开关电源的稳定性提高甚多,烧了还能卖铜;
2:发热很小,除了几个降压电阻发热比较大;
3:一致性好;
4:造价不高,穷烧友的福音,正负70V供电,大概300W8欧,功率驱动CMOS IRFP4227额定电流65A最大130A;
5:每个声道独立供电,排除共地噪音,底噪非常小,20公分外不可闻;
6:音质不做评判,和各种版本的IRS2092没有本质的区别,ICEPOWER有的人说好有的人说烂,这玩意不好定评价标准;
7:特别请根本没有听过对比过仅仅凭感觉或者人云亦云道听途说之人想好了再发表意见,您随便拍砖,只是不要莫名其妙拍砖;
8:这是第六版,才比较稳定,数字功放简单却不好做,各种小问题会影响稳定性;
9:因为变压器太大放下之后,无法安装中间的开关所以用了轻触开关电路控制电源,并增加软启动板,否则16A空开都很容易就跳闸。

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