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第1章 放大器与音频信号1

功率放大器在经济上的重要性2

假设2

起点与目标3

研究放大器设计4

音频信号的特性5

幅度随时间的分布5

幅度随频率的分布6

放大器的性能要求7

安全性7

可靠性7

功率输出7

频率响应9

噪声9

失真9

“阻尼系数”13

绝对相位14

放大器形式15

音频中的错误信息15

科学与主观主义16

主观主义立场16

主观主义的简短历史17

试听的局限性17

试听的局限性：相位的感知19

有关信仰的文章：主观主义的信条21

音频链的长度25

含义25

原因25

前景展望26

技术错误27

参考文献27

第2章 失真的基本原理31

非线性失真模型32

三次失真33

三次＋线性失真34

平方律失真36

平方根失真40

软削波失真41

硬削波失真：对称失真43

硬削波失真：非对称失真45

交越失真模型46

其他失真模型46

选择一个失真模型47

无源器件的SPICE模型47

一阶电压系数失真模型48

二阶电压系数失真模型53

其他电压系数失真模型54

测量电阻失真55

金属膜电阻、金属箔电阻以及绕线电阻55

金属氧化物电阻55

碳膜电阻56

碳膜电阻的使用59

碳质电阻60

反馈网络中的电阻61

其他无源器件的模型化失真61

参考文献62

第3章 负反馈63

放大器中的负反馈63

有关负反馈的常见错误概念66

负反馈与放大器稳定性68

反馈交调失真74

使负反馈量达到最大化79

整体负反馈与局部负反馈80

使反馈之前的线性达到最大化82

放大器中的正反馈83

参考文献83

第4章 放大器结构、分类和各种变异85

放大器结构86

三阶放大器结构86

二阶放大器结构87

四阶放大器结构88

五阶放大器结构91

功率放大器工作分类91

放大器类别的组合92

A类93

AB类94

B类95

C类95

D类95

E类96

F类96

G类96

H类100

S类101

XD类102

埃德温（Edwin）放大器103

分类的局限性103

放大器的各种变异103

误差校正放大器103

辅助放大器107

非开关类放大器109

布鲁利（Blomley）原理119

铝带式扬声器放大器119

功率放大器与音调控制的组合119

运放阵列式放大器120

电流驱动式放大器121

放大器桥接121

分数式桥接122

消除桥接反相器125

提高桥接可靠性125

交流耦合放大器与直流耦合放大器126

交流耦合的优点126

直流耦合的优点127

参考文献129

扩展阅读参考132

第5章 基本原理与失真机制133

三阶放大器中的增益与反馈133

常规放大器的优点136

失真机制137

失真一：输入级失真138

失真二：VAS（电压放大级）失真138

失真三：输出级失真139

失真四：VAS（电压放大级）负载失真139

失真五：电源去耦合失真139

失真六：感应失真139

失真七：NFB（负反馈）起始点失真139

失真八：电容器失真140

失真九：磁场失真140

失真十：输入电流失真140

失真十一：提前过载保护失真140

不存在的或者可忽略的失真140

一个标准放大器的性能141

开环线性与如何确定此参数142

开环增益的直接测量143

采用样板放大器144

无缺陷放大器的概念145

参考文献145

第6章 输入级147

输入级的作用148

输入级产生的失真148

用于输入级的BJT（半导体三极管）与FET（场效应晶体管）150

FET（场效应晶体管）输入级的优点150

FET（场效应晶体管）输入级的缺点150

单个输入级与差分对输入级150

输入级失真的隔离？单独测量输入级失真151

输入级均衡153

镜像电流源的优点155

更好的镜像电流源156

提高输入级的线性158

进一步提高输入级线性159

提高输出能力162

输入级共发共基型放大器的配置163

双输入级164

输入级共模失真164

输入电流失真168

噪声175

功率放大器中的噪声源176

双极型晶体管中的噪声178

减少输入晶体管噪声182

偏置与匹配：直流精度问题182

输入级与转换速率184

输入级结论184

参考文献184

第7章 电压放大级187

电压放大级（VAS）188

零部件的命名188

基本的单端电压放大级（VAS）189

引导电压放大级（VAS）191

电流源电压放大级（VAS）192

电压放大级（VAS）的工作及其开环增益192

一个样板放大器中的简单电压放大级（VAS）194

电压放大级（VAS）失真的原理197

由电压放大级（VAS）晶体管Cbc所产生的高频（HF）失真199

改变放大器的工作点200

改变电源电压201

双电压放大级（VAS）201

由箝位二极管所产生的电压放大级（VAS）失真203

非线性Cbc失真的历史204

由电压放大级（VAS）晶体管厄利效应（Early Effect）而产生的低频（LF）失真204

简单的电压放大级（VAS）中的厄利效应（Early Effect）205

简单的电压放大级（VAS）中厄利效应（Early Effect）失真的模拟206

减少电压放大级（VAS）失真的方法209

发射级跟随器（EF）型电压放大级（VAS）210

发射级跟随器型电压放大级（EF-VAS）的工作原理214

发射级跟随器型电压放大级（EF-VAS）的简要历史介绍216

箝位二极管与发射级跟随器型电压放大级（EF-VAS）216

发射级跟随器型电压放大级（EF-VAS）的优点216

共发共基型电压放大级（Cascode VAS）216

共发共基型电压放大级（Cascode VAS）的工作原理218

共发共基型电压放大级（Cascode VAS）的简要历史介绍219

共发共基型电压放大级（Cascode VAS）的优点219

电压放大级（VAS）缓冲器220

由于输出电压负载而产生的电压放大级（VAS）失真221

电压放大级（VAS）的更多变异形式225

电压放大级（VAS）的工作条件226

电压放大级（VAS）的电流限制227

AB类电压放大级（VAS）以及进一步的发展228

控制开环带宽229

结论231

参考文献231

第8章 推拉式电压放大级233

推拉式电压放大级（VAS）234

推拉式电压放大级（VAS）的单输入级234

日立公司的推拉式电压放大级（VAS）235

日立公司的推拉式电压放大级（VAS）：热漂移238

日立电路：交流增益239

日立公司的推拉式电压放大级（VAS）：失真239

日立公司的推拉式电压放大级（VAS）：非对称式削波241

兰德尔（Lender）推拉式电压放大级（VAS）242

兰德尔（Lender）推拉式电压放大级（VAS）：热漂移245

一个单输入推拉式电压放大级（VAS）的单输入级246

串联输入级型推拉式电压放大级（VAS）247

单输入推拉式电压放大级（VAS）电路：结论248

双输入级推拉式简单电压放大级（VAS）249

双输入级推拉式简单电压放大级（VAS）：开环增益250

双输入级推拉式简单电压放大级（VAS）：失真252

双输入级推拉式简单电压放大级（VAS）：噪声254

双输入级推拉式简单电压放大级（VAS）：PSRR（电源抑制比）255

双输入级推拉式电压放大级（VAS）的简要历史255

双输入级推拉式发射级跟随器电压放大级（EF-VAS）256

双输入级推拉式发射级跟随器电压放大级（EF-VAS）：开环增益256

双输入级推拉式发射级跟随器电压放大级（EF-VAS）：失真257

双输入级推拉式发射级跟随器电压放大级（EF-VAS）：转换速率258

带有镜像电流源和推拉式简单电压放大级（VAS）的双输入级258

双输入级推拉式电压放大级（VAS）：结论261

一个更加先进的推拉式电压放大级（VAS）262

折叠式共发共基型电压放大级（Cascode VAS）262

推拉式电压放大级（VAS）：最后的结论263

参考文献263

第9章 输出级265

分类与器件265

输出的失真268

由交越失真所产生的谐波268

输出级的比较269

发射极跟随器（EF）的输出270

多个输出器件：发射极跟随器（EF）输出272

CFP输出273

多个输出器件：CFP输出275

带有增益的输出级277

准互补输出279

基于三级电路的输出配置281

三级射极跟随器（EF）输出284

四级输出287

串联输出级288

选择一个输出级290

输出级结论290

参考文献290

第10章 输出级失真293

输出级失真及其机制294

大信号失真（失真3a）294

负载不变的概念297

LSN（大信号非线性）机制297

带有双输出器件的LSN（大信号非线性）298

带有更好输出器件的LSN（大信号非线性）299

带有前向反馈二极管的LSN（大信号非线性）301

带有三输出级的LSN（大信号非线性）302

低于4？的负载302

更好的8？负载的性能303

一个实用的负载不变设计303

有关多输出器件的更多信息305

负载不变：综述308

交越失真（失真3b）308

输出级静态315

有关交越失真的一个试验316

Vq作为重要的静态参数319

开关失真（失真3c）320

热失真321

一个功率放大器集成电路中的热失真323

闭环：一个完整放大器中的失真323

参考文献326

第11章 更多的失真机制327

失真四：VAS（电压放大级）负载失真327

失真五：电源去耦合失真330

失真六：感应失真333

失真七：NFB（负反馈）起始点失真335

失真八：电容器失真337

失真九：磁性失真341

失真十：输入电流失真343

失真十一：提前过载保护343

设计实例：一个50W的B类放大器343

参考文献349

第12章 进行仔细研究的放大器：设计实例351

放大器设计实例351

放大器一：发射级跟随器电压放大级（EF-VAS），CFP输出级，米勒（Miller）补偿352

放大器二：简单的电压放大级（VAS）， CFP输出级，米勒（Miller）补偿358

放大器三：发射级跟随器电压放大级（EF-VAS），CFP输出级，相容补偿361

放大器四：发射级跟随器放大级（EF-VAS），CFP输出级，米勒（Miller）补偿365

放大器五：发射级跟随器电压放大级（EF-VAS），CFP输出级，相容补偿367

结论369

参考文献369

第13章 补偿与稳定性371

补偿与稳定性372

主极点补偿373

最大负反馈374

主极点米勒补偿375

高增益的主极点米勒补偿377

主极点并联补偿378

输出相容补偿379

输出相容问题379

输入相容补偿380

稳定的输出相容补偿：历史381

稳定的输出相容补偿：实现382

带有输出相容补偿的试验386

超低失真性能比较386

双极补偿386

影响双极环路增益响应的因子390

双极补偿对闭环增益的影响391

消除双极中频环路增益峰值393

双极补偿与电源抑制比（PSRR）394

双极补偿：综述394

将双极补偿与输出相容补偿结合在一起394

其他形式的补偿395

稳定性与电压放大级（VAS）的集电极到地电容395

嵌套的反馈环路397

嵌套的差分反馈环路398

参考文献399

第14章 输出网络与负载效应403

输出网络404

放大器输出阻抗404

将放大器输出阻抗最小化406

茹贝尔（Zobel）网络406

输出电感器407

设计输出电感器：单层线圈413

设计输出电感器：多层线圈416

放大器输出电感器中的串扰417

线圈串扰结论422

线圈布局问题422

电缆阻抗效应422

电抗负载与扬声器模拟423

电抗负载423

模拟实际的扬声器负载423

扬声器负载与输出级427

单路扬声器负载427

双路扬声器负载431

提高扬声器电流433

放大器稳定性435

高频（HF）不稳定性435

低频（LF）不稳定性436

参考文献436

第15章 速度与转换速率437

音频放大器中的速度与电压转换速率437

放大器电压转换速率限制的基本原理439

电压转换速率测量技术440

提高电压转换速率441

模拟电压转换速率限制441

实际中的电压转换速率限制444

一些其他的复杂问题445

有关非对称式的电压转换速率446

其他改进与其他配置446

参考文献447

第16章 放大器中的功率损耗449

输出级状态450

数学方法450

模拟损耗451

功分图451

B类：CFP与EF（射频跟随器）功分452

AB类功分453

A类功分453

XD类功分：连续电流型与推拉型455

G类功分456

带有电抗负载的B类EF（射频跟随器）458

电抗负载的结论461

音乐的峰值-平均值之比462

概率密度函数（PDF）463

累积分布函数（CDF）464

测量PDF465

推导实际的功率损耗468

B类CFP的实际功率损耗469

AB类CFP的实际功率损耗470

A类推拉式放大器的实际功率损耗471

G类的实际功率损耗472

带有电抗负载的实际功率损耗473

损耗综述473

一个功率放大器的设计步骤474

设计步骤的结果476

参考文献476

第17章 A类功率放大器479

A类功率放大器介绍480

A类功率放大器配置与效率480

A类功率放大器的输出级483

静态电流控制系统486

一种新型的静态电流控制器488

一种A类功率放大器设计489

三模放大器490

负载阻抗与工作模式492

效率493

三模偏置498

A类/AB类模式500

B类模式501

模式切换系统501

散热设计502

一个完整的三模放大器电路503

电源504

性能505

进一步的设计可能性507

参考文献507

第18章 XD类功率放大器：交越置换509

交越置换原理511

交越置换的实现513

交越置换的电路技术515

一个完整的交越置换功率放大器电路517

性能测量518

负载变化的影响521

交越置换的效率522

推拉式置换控制的其他方法523

综述：优点与缺点523

参考文献524

第19章 G类功率放大器525

G类功率放大器的原理526

串联型G类功率放大器介绍526

G类功率放大器的效率528

实用性531

偏置要求531

串联型G类功率放大器的线性问题532

静态线性534

实用的G类功率放大器设计536

控制小信号失真538

性能539

推导出一种新型的放大器：A＋C类543

带有双极补偿的G类功率放大器545

带有输出相容补偿的G类功率放大器546

G类功率放大器模式的表示546

G类功率放大器的更多变化548

参考文献548

第20章 D类功率放大器549

一点历史知识550

基本原理551

D类功率放大器技术553

输出滤波器554

D类功率放大器中的负反馈555

保护555

效率556

其他调制系统557

D类功率放大器实例557

进一步的发展前景558

参考文献559

第21章 FET（场效应晶体管）输出级561

功率场效应晶体管的特性561

FET（功率场效应晶体管）与BJT（半导体三极管）的输出级对比562

FET（功率场效应晶体管）的优点562

FET（功率场效应晶体管）的缺点562

IGBT（绝缘栅双极晶体管）563

功率FET（功率场效应晶体管）的输出级563

功率FET（功率场效应晶体管）与双极型晶体管：线性度的比较567

A类电路级中的FET（功率场效应晶体管）567

参考文献570

第22章 热补偿与热力学571

为什么静态很重要572

热补偿的精度要求573

基本型热补偿576

评估偏置误差577

热模拟577

发射级跟随器（EF）输出级的模块化578

CFP输出级的模块化586

整体绝对误差判据587

改进的热补偿：射极跟随器（EF）级588

CFP输出级的改进补偿591

更好的传感器位置592

结点温度估算器594

带有动态特性的结点温度估算器595

模拟的结论598

带有积分温度传感器的功率晶体管598

可变温度系数偏置发生器599

创建一个更高的温度系数600

环境温度变化602

创建一个更低的温度系数603

电流补偿603

输出级的厄利效应（Early Effect）605

热力学试验607

交越失真随时间的变化：一些结果607

更多的测量：传统测量与Thermal Trak测量610

参考文献614

第23章 直流伺服系统的设计615

直流偏移调整616

通过伺服系统环路进行直流偏置控制617

直流伺服系统的优点617

基本伺服系统配置618

噪声、补偿值与滚降619

同相积分器电路620

2C积分器电路620

1C积分器电路621

积分器电路的选择622

运算放大器的选择624

伺服系统的工作范围624

低频（LF）滚降点的设计625

伺服系统过载625

伺服系统测试625

性能问题626

多极伺服系统626

第24章 放大器与扬声器保护627

放大器保护的分类628

半导体故障模式629

过载保护630

通过保险丝进行的过载保护630

电子过载保护631

画出过载保护轨迹632

简单的电流限幅633

单斜率VI限幅636

双斜率VI限幅637

与时间有关的VI限幅638

替代式VI限幅器的实现639

VI限幅与温度效应640

模拟过载保护系统641

测试过载保护642

扬声器短路检测642

箝位二极管643

直流偏置保护643

通过保险丝进行的直流偏置保护644

继电器直流偏置保护与静音控制645

用于直流保护的滤波646

单个RC滤波器646

双RC滤波器648

二阶有源滤波器648

双向直流检测649

输出继电器选择653

由输出继电器引起的失真654

输出短路器直流保护657

通过电源关闭进行的保护657

测试直流偏置保护658

热保护658

输出瞬态抑制662

削波检测666

通过电源传感方式进行削波检测667

通过输入-输出比较方式进行削波检测668

放大器保护专利668

为辅助电路供电668

参考文献669

第25章 电路布局、接地与冷却671

音频放大器PCB设计672

串扰672

电源引入的失真673

输出器件的安装673

单面与双面PCB674

PCB布线电阻以及如何减小这一电阻674

电缆电阻677

电源PCB布局678

功率放大器PCB布局详细信息678

音频PCB布局序列680

放大器接地681

接地环路：接地环路如何工作以及如何处理接地环路682

通过电源接地电流引入的哼声683

通过变压器杂散磁场引入的哼声684

通过变压器杂散电容引入的哼声684

设备内的接地电流685

对称的电源686

Ⅰ类与Ⅱ类687

警告688

冷却688

对流冷却689

风扇冷却692

热导管695

机械布局与设计考虑696

线路配置图696

半导体的安装696

参考文献699

第26章 电源与PSRR（电源抑制比）701

电源技术702

简单的非稳压电源702

线性稳压电源702

开关式电源703

稳压电源的一种非正规的替代方式704

电源的设计考虑706

电源连接器707

电源变压器707

变压器与哼声712

外部电源713

冲击电流714

保险丝熔化717

整流718

来自于桥式整流器的射频辐射718

继电器电源718

放大器中的电源抑制719

电源抑制的设计原则721

正电源抑制721

负电源抑制724

参考文献732

第27章 功率放大器输入系统733

外部信号电平734

内部信号电平735

不对称输入736

对称互联738

对称连接器739

对称输入：电子输入与变压器输入739

对称输入及其共模抑制比740

基本对称输入741

实用的共模抑制742

实用的对称输入745

不对称输入与对称输入的组合747

可变增益的对称输入748

测量放大器749

变压器对称输入752

输入过压保护753

噪声与输入系统754

低噪声对称输入757

运算放大器的选择760

采用一个内部对称功率放大器接口761

参考文献762

第28章 输入处理与辅助系统763

去除接地开关763

反相设施764

增益控制764

超低音滤波：高通764

超声滤波：低通766

组合滤波器767

电子交叉768

数字信号处理768

信号出现指示768

输出电平指示769

信号激活770

12V触发激活773

红外遥控774

其他放大器设施775

参考文献775

第29章 测试与安全777

模拟放大器777

制作放大器原型机778

测试与故障查找778

第一次加电780

用于测试的电源781

使用设备时的安全781

警告782

安全法规782

电气安全783

由电源插头引起的电击785

接触电流785

机箱开口786

设备温度与安全786

触摸热的零部件788

操作说明书788

第30章 固态功率放大器的简要历史789

第一个开始：1953年789

变压器耦合的晶体管功率放大器：20世纪60年代790

Lin6W放大器：1956年794

Tobey＆Dinsdale放大器：1961年795

Bailey 30W放大器：1968年797

Hardcastle＆Lane 15W放大器：1969年798

电压放大级（VAS）改进的历史799

其他技术特性的历史799

晶体管与FET（场效应晶体管）800

放大器技术的死胡同1：超声偏置800

放大器技术的死胡同2：可调整偏置放大器800

参考文献801

信号传送公司（The Signal Transfer Company）803

说明805