D类放大器原理!!

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1、漫谈D类音频放大器作者：茅于海,龙鼎微电子首席科学家音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式D

2、VD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真

3、、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。D类放大器在这些设备中也扮演了极重要的角色。现在就让我们来看一下D类放大器的基本原理和特点。一、D类放大器的工作原理可能读者都早就熟悉了A类、B类、AB类和C类放大器，其实所有这些放大器的区别只是在于静态工作点的选择。A类放大器具有最大的静态工作电流，也就是它在没有输入信号的时候也会消耗电流，因而显然它的效率是最低的。但是，只要选择合适的工作点，它通常具有最低的失真。B类放大器则选择了50%的导通时间，它的效率肯定比A类放大器要高,但是失真也要严重很多。AB类放大

4、器则是介于A类和B类之间。它的导通时间也是介于50%到100%之间。C类放大器是指那些导通时间小于50%的放大器，通常用于负载为调谐回路的射频放大器中。D类放大器是一种完全不同的放大器，其实称之为D类放大器似乎并不恰当。因为它并不只是放大器工作点的选择。所以也有人称之为“数字音频放大器”。似乎这个名称更为恰当。因为有一种D类放大器可以接收数字输入而省去D/A变换。D类放大器所采用的技术其实就是脉宽调制技术PWM(PulseWidthModulation)。所谓脉宽调制技术也就是把模拟音频信号的幅度来调制一

5、系列矩形脉冲的宽度。这样，一个模拟音频信号就变成了一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。为什么要这样做呢？因为这时候，要把信号放大，只要对这系列的脉冲信号放放大就可以了。而原来的模拟信号并不是包含在这个脉冲信号的幅度之中，而是包含在它的宽度之中。只要把这个放大以后的脉宽调制信号中所包含的低频分量滤出来就可以得到放大以后的音频信号。在没有信号的时候，输入信号就是对称方波。所以如果在放大的时候，幅度上产生失真并不会使原来的音频信号产生失真。在这种情况下的放大器就可以完全工作在开关状态。在开关工作状态，晶体管的效率

6、是很高的。因为在完全导通的时候晶体管的电流很大但是压降很小(由其饱和电阻决定)，而在截止的时候，加在晶体管的电压很高，但是流过晶体管的电流很小(只是其漏电流而已)。同时还可以使晶体管在没有音频信号时完全工作在截止状态，这样其效率就更高。这种脉宽调制可以用一个等幅三角波来对音频信号进行采样。为了避免失真这个三角波的频率必须远高于音频信号的最高频率分量。它的原理可以用图1来说明。图1：脉宽调制(PWM)的原理图通常为了不失真地放大最高频率分量为20KHz的音频信号，其三角波的重复频率最好在250KHz以上。以

7、减小对于输出滤波的要求。当这个等幅矩形波的幅度被放大以后，还要还原成原来的音频信号，这只要用一个低通滤波器滤掉不需要的高频分量就可以了。这个过程可以用图2来说明。图中表明了一个1KHz的正弦波音频信号，经过三角波采样以后的输出频谱，其中包含有很多高频分量。在PWM的输出后面再加上一个低通滤波器，就可以滤去矩形波的高频分量，而滤波以后留下的就是有用的音频信号了。图2：原始信号和PWM输出信号以及经过低通滤波器以后的信号频谱同时，过程中的非线性也会使原来的正弦波产生高次谐波，这也会引起了所谓的总谐波失真THD

8、(TotalHarmonicDistortion)。在推挽或平衡放大器中，通常没有偶次谐波，所以在这种电路中，高次谐波中以三次谐波的分量为最大。二、D类放大器的结构这种D类放大器的基本原理图如图3所示。图3：D类放大器的原理图最简单的PWM就是一个比较器，它的一端输入原始要放大的信号，另一端就输入一个高频三角波。在这个比较器的输出就是一个脉宽被调制的矩形波。这个矩形波就直接加到一对互补晶体管进行放大。然后它的输出就加到一个由L