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1、詹金萬D類音頻功率放大器（ClassDAudioPowerAmplifier）近二十年來電子學課本上所討論的放大器偏壓(Bias)分類不外乎A類、B類、C類等放大電路，而討論音頻功率放大器僅強調A類、B類、AB類而卻把D類放大器給忘掉了，事實上D類放大器早在1958年已被提出(註一)，甚至還有E類、F類、G類、H類及S類等(註二)，只是這些類型的電路與D類很接近，運用機會低，所以也就很少被提及。音頻功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率輸出，而衛衍生與電源所供給功率不對等的關係，即所謂功率放大器的效
2、率(輸出功率與輸入功率之比)如表一所示:偏壓分類A類AB類B類D類理想效率25%介於A與B類之間78.5%100%表一各類功率放大器的效率比較隨著輕、薄、短、小手持電子裝置的發展，諸如手機、MP3、PDA、IPOD及LCDTV…數位家庭等，尋求一個省電的高效率音頻功率放大器是必然的。因此最近幾年音頻功率放大器由AB類功率放大器轉以D類功率放大器為主流。如圖1所示(註三)，在實際應用上D類放大效率可達90%以上遠超過效率50%的AB類放大。所以D類放大的電晶體散熱可大大的縮小，很適合應用於小型化的電子產
3、品。圖1D類及AB類效率比較一、D類放大器的架構D類放大器又可稱數位式功率放大，基本架構如圖2所示，輸入訊號經由脈波寬度調變器(PulseWidthModulation)將音頻信號調制成數位信號後，由功率電晶體(Q1,Q2)放大輸出，再經由低通濾波器(Lf,Cf)取出原輸入端的音頻訊號送至喇叭輸出。圖2D類放大器基本架構由於功率電晶體輸入為一數位信號，Q1,Q2工作處於飽和與截止兩個狀態，因此Q1,Q2本身所消耗功率將非常小，提高整個放大器的效率，而使散熱裝置大幅減小進而在元件的設計上可以大大縮小其體
4、積。如圖3所示MP7720具有20W輸出的D類放大器的尺寸為4.8mmx5.8mmx0.135mm(註四)圖3MP7720元件圖二、D類放大器的功率分析功率放大器的輸出屬開關狀態，即輸出為一方波波形，由傅利葉級數分析知:Vo(t)=(++++…)高次諧波經由低通濾波器濾除後，輸出信號的最大值為，因此負載所能得到的最大功率PLm為PLm==而電路的平均電流Iav==，則電源輸入功率Ps=Vcc*Iav=由PLm與Ps比值知，D類放大效率達到100%。三、脈波寬度調變器(PulseWidthModulat
5、ion;PWM)圖4PWM基本架構PWM屬於數位通訊中調變模式的一種方式，也經常被應用在直流馬達的伺服控制、交換式電源供給器(switchingpowersupply)…等，其間的差異在於所使用振盪器頻率的不同，基本架構如圖4所示，就是利用一三角波經由比較器與輸入信號作比較而產生一方波輸出，而方波的輸出頻率與輸入三角波頻率相同，僅方波的工作週期隨著輸入信號(正弦波)振幅大小而改變如圖5所示。圖6所示為一簡易型PWM產生電路(註五)，由樞密特電路及積分電路所組成，振盪器頻率由R、C、及R1’R2所決定:
6、fo=圖5PWM輸出波形D類放大器主要提供20~20Khz音頻放大，因此PWM調制頻率必須使用大於10倍以上的頻率，頻率愈高還原後的信號將愈細膩、清晰，例如MP7720如表二所示均使用在600Khz以上。表二MP7720增益、調制頻率及電容的關係表圖6PWM產生器四、MP7720電路分析D類放大器的常見業者有ADI、CirrusLogic、MAXIM、Motorola、NS、Philips、Sanyo、ST、TI…等，圖7電路所示為MonolithicPower公司所生產的MP7720應用電路，提供2
7、0W的輸出功率(Vdd=24v)，放大倍數由R4,R1決定，Av=-,C3負責調制頻率的大小如表二所示，電路頻率為720KHz,而R3,R2決定放大器工作點的偏壓。表二MP7720典型應用電路五、結論D類放大器由於具有高效率、省電及體積小的特點，隨著掌上型、行動式、手持式裝置的發展，其音效部分大都以D類放大器為主流，因此在電子學的教學方面應多加強調，尤其PWM電路觀念的介紹，對學習電子、資訊及電機領域的同學幫助很大。六、參考資料註一:ClassDAudioAmplifier,AnalogDialogu
8、e40-60,June(2006),www.analog.com註二:SolidStateRadioEngineering”,HerbertL.Krauss,1980竹一出版社註三:SergioSánchezMoreno(ColdAmp),June2005,sound.westhost.com/articles/pwm.htm註四:MP772020WClassDMonoSingleEndedAudioAmplifier,www.MonolithicPow
