在當(dāng)今的電子設(shè)備領(lǐng)域，音頻功率放大器扮演著至關(guān)重要的角色。像立體聲電視機(jī)以及多通道 AV 接收機(jī)等內(nèi)含音頻功率放大器的電子設(shè)備，通常都有一個(gè)關(guān)鍵指標(biāo) —— 輸出功率，它代表著設(shè)備所能提供的音量，這對于眾多消費(fèi)者而言是一個(gè)重要的參考因素。而對于制造商來說，他們需要考慮的不僅僅是輸出功率，還要確保設(shè)備在壞情況下都能保證功能正常的熱穩(wěn)定性。不過，不同公司關(guān)于這方面的測試標(biāo)準(zhǔn)存在差異。
通常采用兩種放大器為電視機(jī)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?yàn)槠桨咫娨暎↙CD 或等離子）的空間有限，散熱成為一個(gè)突出問題。目前的測試標(biāo)準(zhǔn)是在當(dāng)年只有 AB 類放大器時(shí)所開發(fā)的，接下來我們將探討該標(biāo)準(zhǔn)是否仍適用于 D 類放大器。
輸出功率指的是在給定的時(shí)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(jìn)行一個(gè)小時(shí)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(gè) 4Ω 或 8Ω 的電阻器，具體選擇哪一個(gè)取決于標(biāo)稱的揚(yáng)聲器阻抗。
由于絕大多數(shù)的電視機(jī)都沒有外接揚(yáng)聲器的端口，因此無法直接測試功放的輸出，也就沒有統(tǒng)一的功率測量標(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)定性測試用于驗(yàn)證整個(gè)設(shè)備的熱性能。測試時(shí)，將設(shè)備放入一個(gè)規(guī)定的環(huán)境溫度（通常為 40℃）的測試間內(nèi)。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(yáng)聲器作為負(fù)載，可以采用不同幅度及不同波形的測試信號進(jìn)行測試。
該測試需要持續(xù)幾個(gè)小時(shí)。測量時(shí)使用紅外溫度計(jì)或熱電偶，然后將測量值與安全標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的指標(biāo)進(jìn)行比較，例如 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(yáng)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。
熱穩(wěn)定測試試圖模擬一個(gè)壞情況下的真實(shí)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?yàn)槠浞入S時(shí)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(dòng)（削波）。可以用峰值因數(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(shí)峰值因數(shù)將會變化：因?yàn)榉逯当幌拗谱×?，而平均功率仍在升高，因此峰值因?shù)將會降低（這與放大器的輸入信號的變化不同）。的峰值因數(shù)取決于消費(fèi)者所能接受的失真大小和設(shè)備的增益設(shè)置。在任何消費(fèi)類應(yīng)用中，理想的壞情況測試都是指峰值因數(shù)。
同樣，揚(yáng)聲器制造商也已經(jīng)研究過合適的測試信號，揚(yáng)聲器必須在處理放大器的輸出信號時(shí)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(shí)間頻率分布（如圖 1 所示）。
IEC268 - 5 所規(guī)定的測試信號的峰值因數(shù)為 6dB，這是壞情況下的指標(biāo)。使用該信號揚(yáng)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(gè)間斷的信號（依次循環(huán)地通一分鐘，斷一分鐘）測試。故揚(yáng)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(yáng)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(gè)設(shè)備的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，比正弦波功率低 6dB，這是正弦波測試儀器的輸出功率。
當(dāng)考慮放大器的熱設(shè)計(jì)時(shí)，沒有理由要求處理比揚(yáng)聲器規(guī)定值更大的功率。集成放大器通常有熱保護(hù)，故會發(fā)生的壞情況是沒有聲音，這會在放大器重新冷卻下來后自動(dòng)復(fù)位。由于揚(yáng)聲器過載會導(dǎo)致性的損壞，將放大器的熱限制設(shè)置到一個(gè)較低水平實(shí)際上是保護(hù)揚(yáng)聲器的一個(gè)有效手段。
電視機(jī)中可以采用兩種音頻放大器，即 AB 類和 D 類。下面我們來分析一下這兩種類型的放大器在上述測試中的具體表現(xiàn)。
AB 類放大器是一種低成本的重負(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(diǎn)是價(jià)格太高。不過這一點(diǎn)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(bǔ)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，輸出電壓對于兩種類型是一樣的，因?yàn)檫@是的輸出功率。另外還假定一個(gè)橋接負(fù)載（BTL）輸出，即輸出電流流過兩個(gè)晶體管且 RDSON 加倍（如圖 2 所示）。
對于不同類型的放大器來說功耗差別極大。讓我們從直流分析開始，輸出電壓為 Ua（則輸出功率 P = Ua2/RI）：
- AB 類：Dab =[(Ua/ RI) * (VCC - Ua)] + IQ * VCC，產(chǎn)生的功率為輸出電流與輸出電阻器上的電壓降的乘積。
- D 類：Dd = (Ua/RI)2 * 2 * RDSON + IQ * VCC，產(chǎn)生的功率主要由阻性損耗構(gòu)成，(輸出電流)2 * R。
兩種放大器都有一個(gè)常系數(shù)：即 IQ * VCC，其中 IQ 為靜態(tài)電流。AB 類放大器用該電流來減小交叉失真，而 D 類放大器中，該電流代表開關(guān)損耗。兩種放大器中該電流的幅度相同。
通過仿真可以進(jìn)行進(jìn)一步分析?？紤]常見的電視應(yīng)用，既采用 12V 的電源，8Ω 的揚(yáng)聲器，并采用下列的參數(shù)數(shù)據(jù)：
VCC = 12 V
RI = 8 Ω
RDSON = 0.3 Ω
IQ = 0.02 A
首先要確定效率，由下面的方程來計(jì)算。圖 3 圖示了正弦波的效率，還給出了輸出信號的失真。該失真由削波引起，反過來也可以說，由限定的電源引起。
