本立体声功率放大器是以集成电路TDAA为主组成的立体声功率放大器.docx
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本立体声功率放大器是以集成电路TDAA为主组成的立体声功率放大器
安徽工贸职业技术学院
电子产品生产工艺
调研报告
姓名：
叶守婷王娜
学号：
20110505302011050522
专业：
应用电子技术
2012.4.15--2011.5.28
目录
一、功放的工作原理
1.1功率放大器简介
1.2TDA2030A的工作原理
1.3介质共振混合音响发声原理
1.4功率放大器的工作原理
1.5功率放大器种类
1.6组成
二、性能指标
2.1输出功率
2.2频率响应
2.3失真
2.4动态范围
2.5信噪比
2.6输出阻抗和阻尼系数
三、阻抗匹配及防护措施
3.1功率放大器的阻抗匹配
3.2功率放大器的防护
四、功率放大器的特点
4.1晶体管功放与电子管功放
4.2甲类功放与乙类功放
4.3纯后级功放与单声道功放
4.4电子管功放输出级的特点
五、功率放大电流的特点
六、使用功放应注意的事项
6.1注意事项
6.2收藏时应注意的问题
总结
参考文献
一、功放的工作原理
1.1功率放大器简介
利用三极管的电流控制作用或场效应管的电压控制作用将电源的功率转换为按照输入信号变化的电流。
因为声音是不同振幅和不同频率的波，即交流信号电流，三极管的集电极电流永远是基极电流的β倍，β是三极管的交流放大倍数，应用这一点，若将小信号注入基极，则集电极流过的电流会等于基极电流的β倍，然后将这个信号用隔直电容隔离出来，就得到了电流（或电压）是原先的β倍的大信号，这现象成为三极管的放大作用。
经过不断的电流放大，就完成了功率放大。
1.2TDA2030A的工作原理
TDA2030A由左右两个声道组成，其中W101为音量调节电位器，W102低音调节电位器，W103为高音调节电位器。
TDA2030A输入的音频信号经音量和音调调节后由C106、C206送到TDA2030A集成音频功率放大器进行功率放大。
单相桥式整流电路是工程上最常用的单相整流电路，整流电路在工作时，电路振中的四只二极管都是作为开关运用，根据图TDA2030A电路图可知：
当正半周时，二极管D1、D3导通（D2、D4截止），在负载电阻上得到正弦波的正半周；当负半周时，二极管D2、D4导通（D1、D3截止），在负载电阻上得到正弦波的负半周。
在负载电阻上正、负半周经过合成，得到的是同一个方向的单向脉动电压。
单相桥式整流电路的电流与电压波形。
由于TDA2030A的以上的特点，电路不是太复杂，但是在焊接TDA2030A前还是要画印刷电路图，这样整个布局才好看，导线不会乱，也减少出问题的几率。
本电路由三个部分组成，即电源电路、左右声道的功率放大器及输入信号处理电源（四运放）。
电源变压器将22OV交流电降为双l2V低压交流电，经桥式整流后变为±l8V的直流电，作为功放及运放的供电电源，D5、R29组成电源指示电路，以指示电源是否正常，开关K为电源开关。
四运算放大器GL324A（或LM324）及外围元件组成高、低音控制电路及音频输入信号的处理电路，Cl6、Cl8分别是两路信号的输入耦合电路，W1是两路低音控制电位器，W2是两路高音控制电位器，C25、C26是输出耦合电容。
GL324A的4脚与ll脚分别是正、负电源的接线端，3、5脚是接地端。
两路功率放大器用的集成电路是TDA203OA，其1脚为正相输入端，2脚为反相输入端，C3、C6分别为左、右两路的输入端耦合电容，Rl、R4、C2构成IC1的负反馈电路，R6、R7、C5构成IC2的负反馈电路，以提升音质。
其5脚、3脚分别接正、负电源，4脚为输出端，负载接4Q的扬声器时，其有效功率可达2OW，W3是两路平衡电位器，w4是两路音量电位器。
1.3介质共振混合音响发声原理
介质共振混合音响刚好就是这二者的结合体，采用振动音响的振动介质传声则刚好解决了普通音响低音不足且体积过大的问题，而结合普通音响喇叭发声则就很好的解决了振动音响无中高音，离不开振动介质的缺陷，可以说介质共振混合音响还是很好的在普通音响和振动音响之间找到了一个平衡点，优势互补，有着专业的音效不说，它还没有“方”或者“圆”之类的局限性，任由设计师去天马行空地塑造。
1.4功率放大器的工作原理
高频功率放大器用于发射级的末级，作用是将高频已调波信号进行功率放大，以满足发送功率的要求，然后经过天线将其辐射到空间，保证在一定区域内的接收级可以接收到满意的信号电平，并且不干扰相邻信道的通信。
高频功率放大器是通信系统中发送装置的重要组件。
按其工作频带的宽窄划分为窄带高频功率放大器和宽带高频功率放大器两种，窄带高频功率放大器通常以具有选频滤波作用的选频电路作为输出回路，故又称为调谐功率放大器或谐振功率放大器；宽带高频功率放大器的输出电路则是传输线变压器或其他宽带匹配电路，因此又称为非调谐功率放大器。
高频功率放大器是一种能量转换器件，它将电源供给的直流能量转换成为高频交流输出。
在“低频电子线路”课程中已知，放大器可以按照电流导通角的不同，将其分为甲、乙、丙三类工作状态。
甲类放大器电流的流通角为360o，适用于小信号低功率放大。
乙类放大器电流的流通角约等于180o；丙类放大器电流的流通角则小于180o。
乙类和丙类都适用于大功率工作。
丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高者。
高频功率放大器大多工作于丙类。
但丙类放大器的电流波形失真太大，因而不能用于低频功率放大，只能用于采用调谐回路作为负载的谐振功率放大。
由于调谐回路具有滤波能力，回路电流与电压仍然极近于正弦波形，失真很小。
除了以上几种按电流流通角来分类的工作状态外，又有使电子器件工作于开关状态的丁类放大和戊类放大。
丁类放大器的效率比丙类放大器的还高，理论上可达100%，但它的最高工作频率受到开关转换瞬间所产生的器件功耗（集电极耗散功率或阳极耗散功率）的限制。
如果在电路上加以改进，使电子器件在通断转换瞬间的功耗尽量减小，则工作频率可以提高。
这就是戊类放大器。
我们已经知道，在低频放大电路中为了获得足够大的低频输出功率，必须采用低频功率放大器，而且低频功率放大器也是一种将直流电源提供的能量转换为交流输出的能量转换器。
高频功率放大器和低频功率放大器的共同特点都是输出功率大和效率高，但二者的工作频率和相对频带宽度却相差很大，决定了他们之间有着本质的区别。
低频功率放大器的工作频率低，但相对频带宽度却很宽。
例如，自20至20000Hz，高低频率之比达1000倍。
因此它们都是采用无调谐负载，如电阻、变压器等。
高频功率放大器的工作频率高（由几百kHz一直到几百、几千甚至几万MHz），但相对频带很窄。
例如，调幅广播电台（535－1605kHz的频段范围）的频带宽度为10kHz，如中心频率取为1000kHz，则相对频宽只相当于中心频率的百分之一。
中心频率越高，则相对频宽越小。
因此，高频功率放大器一般都采用选频网络作为负载回路。
由于这后一特点，使得这两种放大器所选用的工作状态不同：
低频功率放大器可工作于甲类、甲乙类或乙类（限于推挽电路）状态；高频功率放大器则一般都工作于丙类（某些特殊情况可工作于乙类）。
近年来，宽频带发射机的各中间级还广泛采用一种新型的宽带高频功率放大器，它不采用选频网络作为负载回路，而是以频率响应很宽的传输线作负载。
这样，它可以在很宽的范围内变换工作频率，而不必重新调谐。
综上所述可见，高频功率放大器与低频功率放大器的共同之点是要求输出功率大，效率高；它们的不同之点则是二者的工作频率与相对频宽不同，因而负载网络和工作状态也不同。
高频功率放大器的主要技术指标有：
输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制度（或信号失真度）等。
这几项指标要求是互相矛盾的，在设计放大器时应根据具体要求，突出一些指标，兼顾其他一些指标。
例如实际中有些电路，防止干扰是主要矛盾，对谐波抑制度要求较高，而对带宽要求可适当降低等。
功率放大器的效率是一个突出的问题，其效率的高低与放大器的工作状态有直接的关系。
放大器的工作状态可分为甲类、乙类和丙类等。
为了提高放大器的工作效率，它通常工作在乙类、丙类，即晶体管工作延伸到非线性区域。
但这些工作状态下的放大器的输出电流与输出电压间存在很严重的非线性失真。
低频功率放大器因其信号的频率覆盖系数大，不能采用谐振回路作负载，因此一般工作在甲类状态；采用推挽电路时可以工作在乙类。
高频功率放大器因其信号的频率覆盖系数小，可以采用谐振回路作负载，故通常工作在丙类，通过谐振回路的选频功能，可以滤除放大器集电极电流中的谐波成分，选出基波分量从而基本消除了非线性失真。
所以，高频功率放大器具有比低频功率放大器更高的效率。
高频功率放大器因工作于大信号的非线性状态，不能用线性等效电路分析，工程上普遍采用解析近似分析方法——折线法来分析其工作原理和工作状态。
这种分析方法的物理概念清楚，分析工作状态方便，但计算准确度较低。
以上讨论的各类高频功率放大器中，窄带高频功率放大器：
用于提供足够强的以载频为中心的窄带信号功率，或放大窄带已调信号或实现倍频的功能，通常工作于乙类、丙类状态。
宽带高频功率放大器：
用于对某些载波信号频率变化范围大得短波，超短波电台的中间各级放大级，以免对不同fc的繁琐调谐。
通常工作于甲类状态。
1.5功率放大器种类
1．A类放大器
A类放大器的主要特点是：
放大器的工作点Q设定在负载线的中点附近，晶体管在输入信号的整个周期内均导通。
放大器可单管工作，也可以推挽工作。
由于放大器工作在特性曲线的线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。
电路简单，调试方便。
但效率较低，晶体管功耗大，效率的理论最大值仅有25%，且有较大的非线性失真。
由于效率比较低现在设计基本上不在再使用。
2．B类放大器
B类放大器的主要特点是：
放大器的静态点在（VCC，0）处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。
在Vi的正半周期内，Q1导通Q2截止，输出端正半周正弦波；同理，当Vi为负半波正弦波，所以必须用两管推挽工作。
其特点是效率较高（78%），但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是"交越失真"较大。
即当信号在-0.6V~0.6V之间时，
Q1Q2都无法导通而引起的。
所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。
3．AB类放大器
AB类放大器的主要特点是：
晶体管的导通时间稍大于半周期，必须用两管推挽工作。
可以避免交越失真。
交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真。
有效率较高，晶体管功耗较小的特点。
4．D类放大器
D类（数字音频功率）放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号,然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。
具有效率高的突出优点。
数字音频功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路（半桥式和全桥式）和低通滤波器（LC）等四部分组成。
D类放大或数字式放大器。
系利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的。
1．具有很高的效率，通常能够达到85%以上。
2．体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。
3．无裂噪声接通
4．低失真，频率响应曲线好。
外围元器件少，便于设计调试。
A类、B类和AB类放大器是模拟放大器，D类放大器是数字放大器。
B类和AB类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。
而D类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。
外围元器件少优点。
AB类放大器和D类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式。
5．T类放大器
T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功率放大器相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功率放大器相当。
但它和普通D类功率放大器不同的是：
1、它不是使用脉冲调宽的方法，Tripath公司发明了一种称作数码功率放大器处理器“DigitalPowerProcessing（DPP）”的数字功率技术，它是T类功率放大器的核心。
它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。
输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用于控制功率晶体管的导通关闭。
从而使音质达到高保真线性放大。
2、它的功率晶体管的切换频率不是固定的，无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上。
使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。
3、此外，T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。
DDP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。
在高保真方面，线性度与传统AB类功放相比有过之而无不及。
1.6组成
射频功率放大器（RFPA）是各种无线发射机的重要组成部分。
在发射机的前级电路中，调制振荡电路所产生的射频信号功率很小，需要经过一系列的放大一缓冲级、中间放大级、末级功率放大级，获得足够的射频功率以后，才能馈送到天线上辐射出去。
为了获得足够大的射频输出功率，必须采用射频功率放大器。
射频功率放大器是发送设备的重要组成部分。
射频功率放大器的主要技术指标是输出功率与效率。
除此之外，输出中的谐波分量还应该尽可能的小，以避免对其他频
二、性能指标
2.1输出功率
输出功率是指功放电路输送给负载的功率。
目前人们对输出功率的测量方法和评价方法很不统一，使用时注意。
1、额定功率（RMS）
它指在一定的谐波范围内功放长期工作所能输出的最大功率（严格说是正弦波信号）。
经常把谐波失真度为1%时的平均功率称为额定输出功率或最大有用功率、持续功率、不失真功率等。
很显然规定的失真度前提不同时，额定功率数值将不相同。
2、最大输出功率
当不考虑失真大小时，功放电路的输出功率可远高于额定功率，还可输出更大数值的功率，它能输出的最大功率称为最大输出功率，前述额定功率与最大输出功率是两种不同前提条件的输出功率
3、音乐输出功率（MPO）
音乐输出功率MPO是英文MusicPowerOutpur的缩写，它是指功放电路工作于音乐信号时的输出功率，也就是输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。
音乐输出功率可以用来评价功放的动态听音效果，例如在平稳的音乐过程后面突然出现了冲击性强的打击乐器声音，有的功放电路可在瞬间提供很大的输出功率给以力度感有使不完的劲；有的功放却显得力不从心底气不足。
为了反映这瞬间突发性输出功率的能力可以用音乐输出功率来量度。
4、峰值音乐输出功率（PMPO）
它是最大音乐输出功率，是功放电路的另一个动态指标，若不考虑失真度功放电路可输出的最大音乐功率就是峰值音乐输出功率。
通常峰值音乐输出功率大于音乐输出功率，音乐输出功率大于最大输出功率，最大输出功率大于额定输出功率，经实践统计，峰值音乐输出功率是额定输出功率的5-8倍。
2.2频率响应
频率响应反映功率放大器对音频信号各频率分量的放大能力，功率放大器的频响范围应不低于人耳的听觉频率范围，因而在理想情况下，主声道音频功率放大器的工作频率范围为20-20kHz。
国际规定一般音频功放的频率范围是40-16kHz±1.5dB。
2.3失真
失真是重放音频信号的波形发生变化的现象。
波形失真的原因和种类有很多，主要有谐波失真、互调失真、瞬态失真等。
2.4动态范围
放大器不失真的放大最小信号与最大信号电平的比值就是放大器的动态范围。
实际运用时，该比值使用dB来表示两信号的电平差，高保真放大器的动态范围应大于90dB。
自然界的各种噪声形成周围的背景噪声，而周围的背景噪声和演奏出现的声音强度相差很大，在通常情况下，将这个强度差称为动态范围，优良音响系统在输入强信号时不应产生过载失真，而在输入弱信号时，有不应被自身产生的噪声所淹没，为此好的音响系统应当具有较大的动态范围，噪声只能尽量减少，但不可能不产生噪声。
2.5信噪比
信噪比是指声音信号大小与噪声信号大小的比例关系，将攻放电路输出声音信号电平与输出的各种噪声电平之比的分贝数称为信噪比的大小。
2.6输出阻抗和阻尼系数
1．输出阻抗
功放输出端与负载（扬声器）所表现出的等效内阻抗称为功放的输出阻抗。
2．阻尼系数
阻尼系数是指功放电路给负载进行电阻尼的能力。
三、阻抗匹配及防护措施
对于主要作用是向负载提供功率的放大电路通常称为功率放大电路，其主要特点如下：
一是输出功率是指交变电压和交变电流的乘积，即交流功率；二是交流功率是在输入为正弦波、输出波形基本不失真时定义的；三是输出功率大，因而消耗在电路内的能量和电源提供的能量也大；四是晶体管常常工作在极限应用状态，由此要考虑必要的散热措施和过电流、过电压的保护措施。
3.1功率放大器的阻抗匹配
在所有电子音像设备中，都有一个功率输出的最佳方案问题，即为了获得最大的功率输出而又不增加电路的投资经费，这就是功率放大器与扬声器系统的最佳组合。
3.2功率放大器的防护
功率管是功率放大电路中最容易受到损坏的器件，损坏的大部分原因是由于管子的实际耗散功率超过了额定数值。
另外，若功率放大器与扬声器失配或扬声器使用中长期过载，也极易损坏扬声器（或音箱），因此，在音响设备中，防护的目的是保护昂贵的功放和扬声器，所以对电源、功放、音箱的过载和短路保护是完全必要的。
1）．电源保护：
是分立元件稳压电路，电路中Ri的是过载电流取样电阻，当其电压大于0.7V时，V13导通，集电极电位下降，调整管V11断开，限制电源输出电流。
是可调输出电压模块，功耗达70W，电流可达10A，电压调整率为20.8%，输出电压为1.25～15V，且有短路保护。
当使用开关电源时（例如芯片CWl225），则有专门的保护控制端第⑩脚，只要输入过电流或过电压信号，即可达到保护目的。
2）．功放级晶体管保护：
功率放大晶体管除在使用中必须注意环境温度及选用合适的散热器外，主要是考虑过电流和过电压保护问题，目前应用的集成电路都设有限流保护和热切断保护功能（如HAl350、HA2211、LM2879等），所以在自制功放时须注意过压保护，如图4所示。
依靠R内（电源内阻）和Vl、V2的击穿，使过电压不能升高而保护Vl、V2。
3）．音箱扬声器系统保护：
音响系统的保护有两种意义：
一种是音响扬声器的过载；另一种不是音频功率的过大、而是直流电位的偏移，导致无电容隔离的OCL或BTL电路扬声器烧毁。
过载时，功放电路已经有保护无须另外考虑，这里仅介绍直流偏移组合音响保护电路。
为组合音响保护电路。
从图中可以看出，当左、右声道送入音箱的声音信号，经过R1、R2被电容C2、C3旁路而无直流偏移时，整流桥无直流输出，V11截止，V12、V13导通，继电器K吸合，左、右声频信号经保险丝F输出；当存在直流偏移时，整流桥输出使V11导通，V12、V13截止，继电器K释放切断了音频信号，保护音箱。
电路中C2、C3是滤波电容，C4具有开关机时延时接通音箱功能，避免开机时的冲击噪声，V则具有短路K的断电反电动势作用，保护V12、V13晶体管。
四、功率放大器的特点
功率放大器简称功放，它可以说是各类音响器材中最大的一个家族了。
其品牌、型号之多，实在举不胜举。
虽然都称为功放，但以其主要用途来说，功放可以分做两个主要类别，这就是专用功放与民用功放。
在体育馆场、影剧场、歌舞厅、会议厅、公共场所扩声，以及录音监听等处所使用的功放，一般说在其技术参数上往往会有一些独特的要求，这类功放通常称之为专用功放或是专业功放。
4.1晶体管功放与电子管功放
用于Hi-Fi欣赏的功放可以分作晶体管功放和电子管功放两大类，以前还有用集成电路或是模块电路的Hi-Fi功放，但是现在已经不多见了。
音响技术超级论坛晶体管功放和电子管功放并不存在着优劣的差异，只不过应用的器件不同（一是晶体管，一是电子管），由于两类器件不同，其物理基理与电路特点也不相同。
电子管的电流是电子在真空中受电场力的吸引，运动形成的。
而晶体管的电流是半导体元素的外层电子在电场力的作用下转移位置形成的。
这种物理基理的不同，造成在实际应用中电路特点也不同。
相对来说，电子管功放的工作电压较高，但工作电流比较小，而晶体管功放的工作电压较低，工作电流都比较大。
电子管功放与晶体管功放的音色确是有一定的差异，两者对瞬态信号的响应也不相同。
这种不同都又分别适应了不同类别的音乐和不同的音乐欣赏者，所以目前的Hi-Fi功放中形成了晶体管功放和电子管功放并存的情况。
不过，若是以品牌、型号、数量而言，晶体管功放所占的份额仍是绝对大于电子管功放
4.2甲类功放与乙类功放
晶体管功放输出级晶体管的工作状态，可以分做甲类与乙类。
所谓甲类，简单地说就是使输出级晶体管在正弦交流信号的正负半周时均工作在线性区，而乙类则是仅使输出级的晶体管在正弦交流信号的正半周（或是负半周）工作在线性区。
由于输出级晶体管的工作状态不同，使得输出级的电源利用效率（即输出功放与耗电功率之比）也不同。
在实用的输出电路中，乙类的效率要比甲类的效率高2-3倍。
比如马兰士PM80晶体管功放，在确定的供电电源条件下，工作在乙类时输出功率有100W,而在甲类时只有20W.
甲类功放不存在交越失真，而且不论实际输出功率大小，输出级晶体的内阻均为恒定。
而乙类功放总会有一定的交越失真（尽管这种失真可能极小），另外，在大输出时输出级晶体管的内阻较小，但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。
这些不同，造成听感上也有不同，甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和，另外对音？
皇低频控制力也比乙类功放强，尤其是在鰏在曲的旋律，AV功放是比较容易满足的，但是要是对音乐欣赏有较高的要求，一般的AV功放就难于满足了。
甲类功放不存在交越失真，而且不论实际输出功率大小，输出级晶体的内阻均为恒定。
而乙类功放总会有一定的交越失真（尽管这种失真可能极小），另外，在大输出时输出级晶体管的内阻较小，但在小输出时输出级晶体管的内阻却比较大。
这些不同，造成听感上也有不同，甲类功放的声音相对乙类功放而言比较柔和，另外对音箱的低频控制力也比乙类功放强，尤其是在小音量时低音的质感要好一些。
甲类功放的这些特点，使得甲类功放在实际应用中不需要很大的输出功率余量，一台20W-30W的甲类功放已经能够把大多数的音箱推动得很不错了。
4.3纯后级功放与单声道功放
我们常见的功放都是把放大小信号的前置放大器（前级）与功率放大器（后级）做在一个机壳中，这种功放常被称为"合并功放".合并功放使用方便，又有比较好的性能价格比。
但这种合并功放有它一些固有的缺点，其中最不好克服的就是前级与后级之间的相互干扰问题了。
为了解决这一问题，于是便把前级与后级分别做在两个机壳中，这样就有了纯后级功放。
大多的纯后级功放都是双声道的结构形式，但这种结构形式使得两个声道相互干扰问题又不太好解决，为了解决两个声道相互间的干扰便又出现了把两个声道分开的单声道纯后级功放。
把功率放大器这样一块块地分割开，最主要的意义是要提高功放的素质，而不是追求这种形式。
如果仅仅在形式上实现了相互分开，尽管可以解决相互干扰问题，但其它参数并未明显改善，那么这种分开对功放提高整体素质来说还是有限的。
功率放大器有晶体管与电子管之分，前级同样也有晶体管和电子管之分。
对于音响爱好者与音乐爱好者而言，在选用前级与后级上有多种的组合形式，而不同的组合形式又有不同的音效特点，这使得使用者又多了一些选择的空间。
与纯后级功放配接的前级对整个音
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