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[導(dǎo)讀]所有內(nèi)含音頻功率放大器的電子設(shè)備，例如立體聲電視機以及多通道AV接收機，通常都有一個重要的指標(biāo)，即輸出功率，該指標(biāo)是指所能提供的最大音量，這對于許多消費者來說是一個重要的指標(biāo)。

所有內(nèi)含音頻功率放大器的電子設(shè)備，例如立體聲電視機以及多通道AV接收機，通常都有一個重要的指標(biāo)，即輸出功率，該指標(biāo)是指所能提供的最大音量，這對于許多消費者來說是一個重要的指標(biāo)。而對于制造商來說，要考慮的就不單是輸出功率，還要考慮在最壞情況下都能保證功能正常的熱穩(wěn)定性。關(guān)于這方面的測試標(biāo)準(zhǔn)會因不同公司而異。

通常用兩種放大器為電視機提供輸出功率，即AB類和D類放大器。向D類放大器的過渡主要是因為平板電視(LCD或等離子)的需要，因為在這類機子空間有限，因而散熱是一個問題。目前的測試標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)年只有AB類放大器時所開發(fā)的標(biāo)準(zhǔn)，本文將討論該標(biāo)準(zhǔn)是否仍適用于D類放大器。

最大輸出功率

最大輸出功率指的是在給定的時間內(nèi)，以及在指定的頻率和總諧波失真(THD)范圍內(nèi)放大器所能提供的總功率。例如，美國聯(lián)邦貿(mào)易委員會(FTC)規(guī)定的功率測試方法中，要求用1kHz的正弦波、以規(guī)定輸出功率的1/8對放大器進行一個小時的預(yù)熱。然后，放大器必須能夠連續(xù)5分鐘提供規(guī)定功率，當(dāng)然，必須是在規(guī)定的THD和頻率范圍內(nèi)。負(fù)載通常是一個4Ω或8Ω的電阻器，具體用哪一個取決于標(biāo)稱的揚聲器阻抗。

由于絕大多數(shù)的電視機都沒有外接揚聲器的端口，因此沒有辦法測試功放的輸出，因此也就沒有功率測量的標(biāo)準(zhǔn)。通常標(biāo)定功率的測試方法是，采用1kHz的信號，以10%的THD，至少連續(xù)10分鐘。

熱穩(wěn)定性

該測試用來驗證整個設(shè)備的熱性能。測試時，將設(shè)備放入一個規(guī)定的最高環(huán)境溫度(通常為40℃)的測試間內(nèi)進行。在設(shè)備內(nèi)部溫度將會升高，這就使得放大器要承受更高的環(huán)境溫度。使用設(shè)備本身的揚聲器作為負(fù)載?？梢圆捎貌煌燃安煌ㄐ蔚臏y試信號進行測試，這將在下一段中討論。

該測試需要幾個小時。測量使用紅外溫度計或熱電偶，但測量值與安全標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)進行比較，例如最高PCB溫度和結(jié)溫。要通過熱穩(wěn)定性測試，無論是放大器還是揚聲器都不能有任何的損壞。該功能測試通過評估溫度特性來檢查潛在的損壞。

測試信號

該熱穩(wěn)定測試試圖模擬一個最壞情況下的真實情況，這種情況將會導(dǎo)致DVD和電視廣播中的音頻拖尾(audio track)。為了在每次測試中保證相同的測試結(jié)果，工程師應(yīng)該使用標(biāo)準(zhǔn)的測試信號。一旦最終條件確定好后，它還應(yīng)該提供穩(wěn)定的溫度讀數(shù)。

正弦波能夠提供穩(wěn)定的讀數(shù)，但因為其幅度隨時間變化，因而無法模擬節(jié)目內(nèi)容，如音樂或語音。節(jié)目信號的幅度應(yīng)該是全范圍信號，從靜音到過驅(qū)動(削波)?？梢杂梅逯狄驍?shù)(crest factor)來很好地描述節(jié)目信號的幅度失真，該因數(shù)是音樂或語音信號的峰值功率和平均功率的比值，單位用dB表示。

前面討論的都是源信號，還沒有涉及到我們所關(guān)注的放大器輸出信號的熱評估問題。信號鏈上不但必須有音量和聲音控制，以便允許有足夠大的增益，還要有限制峰值輸出電壓的固定電源。因此，當(dāng)某人調(diào)高音量時峰值因數(shù)將會變化：因為峰值被限制住了，而平均功率仍在升高，因此峰值因數(shù)將會降低(這與放大器的輸入信號的變化不同)。最低的峰值因數(shù)取決于消費者所能接受的失真大小和設(shè)備的最大增益設(shè)置。在任何消費類應(yīng)用中，理想的最壞情況測試都是指峰值因數(shù)最低。

同樣，揚聲器制造商也已經(jīng)研究過合適的測試信號，揚聲器必須在處理放大器的輸出信號時沒有損壞和嚴(yán)重失真。絕大多數(shù)的制造商采用的是IEC268-5標(biāo)準(zhǔn)，其中規(guī)定的測試信號為：粉紅噪聲信號，即濾波后(即經(jīng)過40Hz的高通，5kHz的低通濾波，濾波器為2階濾波器)的各種頻率分布，來還原音樂聲的長時間頻率分布(圖1)。

圖1：IEC268-5噪聲譜密度。

IEC268-5所規(guī)定的測試信號的峰值因數(shù)為6dB，這是最壞情況下的指標(biāo)。使用該信號揚聲器所能處理的平均功率稱作為“連續(xù)功率”，不過絕大多數(shù)制造商都公布了“節(jié)目功率(program power)”，該功率比前者高3dB，用一個間斷的信號(依次循環(huán)地通一分鐘，斷一分鐘)測試。故揚聲器可以處理具有9dB峰值因數(shù)的削波信號。

峰值因數(shù)中所涉及的峰值功率，指的是放大器提供的峰值功率。放大器的額定輸出功率用3dB的正弦波測量，因此，揚聲器的長期功率處理能力為6dB，小于放大器的額定功率。用于整個設(shè)備的最壞情況下的長期測試信號是IEC268噪聲，其RMS功率比峰值輸出功率低9dB，比最大正弦波功率低6dB，這是正弦波測試儀器的最大輸出功率。

當(dāng)考慮放大器的熱設(shè)計時，沒有理由要求處理比揚聲器規(guī)定值更大的功率。集成放大器通常有熱保護，故會發(fā)生的最壞情況是沒有聲音，這會在放大器重新冷卻下來后自動復(fù)位。由于揚聲器過載會導(dǎo)致永久性的損壞，將放大器的熱限制設(shè)置到一個較低水平實際上是保護揚聲器的一個有效手段。

放大器的分類

電視機中可以采用兩種音頻放大器，即AB類和D類。我們要分析一下這兩種類型的放大器在上述的測試中的具體表現(xiàn)。AB類放大器是一個低成本的重負(fù)荷解決方案，但其功耗太大，并需要體積很大的散熱器。D類放大器具有較高的效率，但缺點是價格太高。不過這一點因需要采取的散熱措施少(散熱器小，或者就無需散熱器)以及IC的體積較小所補償。不過，系統(tǒng)仍然需要通過熱測試，故測試策略決定放大器的成本。

為了簡化比較，假定兩種放大器的都是FET，而不是雙極輸出晶體管。對于指定的電源電壓(VCC)、負(fù)載 (RI)和RDSON(輸出晶體管全導(dǎo)通的阻抗)來說，最大輸出電壓對于兩種類型是一樣的，因為這是最大的輸出功率。另外還假定一個橋接負(fù)載(BTL)輸出，即輸出電流流過兩個晶體管且RDSON加倍(圖2)。