摘 要：对于A类、B类、AB类、C类音频放大器已是熟知的东西，但对于D类、音频放大器的认识则误区甚多， 以至于指鹿为马的事情频繁发生，因而正确了解放大器的本质至关重要。本文就是对D类音频放大器的一次比较系统的综述。
关键词：D类放大器 引言： 音频放大器已经有将近一个世纪的历史了，最早的电子放大器问世后最先的应用就是音频放大器。直到现在，各种各样的音频放大器还在不断地更新、发展、前进。进入21世界以来，各种便携式电子设备成为新的潮流。从作为通讯工具的手机，到作为娱乐设备的MP3/MP4播放器，以及将要普及的便携式电视机等等，所有的这些电子设备都需要有音频放大器，而且，由于它们都是用电池供电的，必须十分节电才可能获得较长的电池续航时间。为满足这种需求，高效率的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失真的情况下得到最高的效率。 传统的D类放大器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。随着移动音频设备的迅速发展,传统的模拟线性放大器已不能满足大功率输出同时发热量少的要求,而D类放大器能克服以上缺点,但其引入的失真通常大于线性放大器,研究适合的控制方法以改善D类放大器的保真度,是近年来声学技术和音频功率放大领域研究的热点。高频率的音频放大器不只是在便携式设备中需要，而且在大功率的电子设备中也需要。例如在高保真音响设备和高档家庭影院设备中，往往需要几十瓦到几百瓦的音频功率。这些设备也可以成为低失真、高频率的D类放大器的用武之地。 一、D类放大器的基本原理 D类放大器也有人称之为“数字音频放大器”。这个名称似乎更为恰当，因为有一种D类放大器可以接收数字信号而无需再进行D/A变换了。D类放大器所采用的技术是脉宽调制技术PWM，这种技术的基本点是把模拟音频信号的幅度调制成一系列矩形脉冲的宽度，使模拟音频信号变成一系列宽度受到调制的等幅脉冲信号。原来的模拟信号并非包含在这个脉冲信号的幅度中，而是包含在它的宽度中。在无信号时，输入信号为对称方波。因而若在放大的时候，幅度上产生失真并不会使原来的音频信号产生失真。在开关状态下工作的晶体管的效率是很高的：在完全导通状态下，晶体管的电流很大但是压降很小(由其饱和电阻决定)；而在截止状态下，加在晶体管上的电压很高，但是流过晶体管的电流很小(只是其漏电流而已)。在这两种状态下，晶体管的功率耗散都非常低，所以非常节电。此外还可以使晶体管在没有音频信号时完全工作在截止状态，这样效率就更高。通常为了不失真地放大最高频率分量为20kHz的音频信号，该三角波的重复频率最好在250kHz以上， 以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，这时，只需要通过一个低通滤波器滤掉不需要的高频分量就即可。 二、D类放大器的效率 和通常采用的AB类放大器相比，D类放大器有很高的效率。而且，D类放大器可以在很小的输出功率时就可以达到很高的效率，或者说D类放大器的效率和输入信号的大小无关，而不像在AB类放大器中只有在很高的输出功率时才能达到比较高的效率。 D类放大器之所以能够获得很高的效率，是因为它的输出级完全工作于开关状态。对于理想的开关，它的效率可以达到100％。但因为晶体管并不是一个理想的开关，所以在截止时电阻并没有到无限大，而在导通时其电阻也不会为零。由于其负载扬声器的电阻很低，晶体管的漏电流又很小，所以在截止时晶体管的损耗可以忽略不计。因而只要考虑在晶体管导通时的损耗。 三、D类放大器的失真 放大器的失真主要有三种：线性失真、非线性失真和杂讯。线性图10典型的THD+N和输出功率的关系失真不会产生高次谐波，而只是改变信号中各个分量的相对大小和时间关系，于人耳的听感影响不是很大；非线性失真则会产生原始信号中所没有的频率分量，对人耳听感的影响感比较大；杂讯更是会让人产生不舒服的感觉。然而，杂讯常常是在前端信号电平比较低的时候产生，而D类放大器通常都是功率放大器，因而，杂讯的影响可以忽略。因此，在D类放大器中，最重要的失真就是非线性失真。非线性失真通常是用总谐波失真THD来表示。THD的测量方式是采用所产生出来的新的频率分量的幅度的总数来进行测算的。很多时候这样的新的频率分量一般是输入信号的谐波。所谓的偶此谐波就是偶倍数的谐波。奇次谐波指的就是奇倍数的谐波。对那些推挽或者是平衡电路来说，它们之间是相互对称的，因此不大会产生偶次谐波出来，所产生的大多是奇次谐波。在THD当中各次谐波的总和是采用其几何的总和，指的就是各次谐波幅度平方和的开方值。例如：若二次谐波的幅度为4，三次谐波幅度也是4，那么其几何和为5．66(32的开方值)。若还要考虑杂讯的话，那么我们就用TED+N(其中N为杂讯)来表示。D类放大器由于其杂讯比较大些，所以其THD十N的值要大于THD的值。D类放大器的失真主要是由以下因素所引起：1.采样时的脉宽误差和量化误差；2.驱动管的死区和延时；3.功放管的导通时间和体二极体恢复；4.输出滤波电感和电容的非线性。 通常，D类放大器的TED是和输出功率的大小有关，输出功率越大，其失真也跟着增大。 四、D类放大器的频率响应 D类放大器可以得到很好的频率响应。只要用于采样的三角波重复频率比音频信号的最高频率分量的频率高10倍以上就可以。所以，用250Hz三角波的D类放大器很容易得到超过20kHz的频率响应。 五、D类放大器的电源抑制比(PSSR) 所谓电源抑制比(PSSR)就是指电源的变化反映到输出的变化之比。在线性放大器中，放大器的增益几乎完全和电源电压的变化无关。在D类放大器中情况就完全不同了。放大器的输出盲榜和电源电压有关。也可以说放大器的增益和电源电压成正比。这时候它的PSSR就等于0dB。为了提高放大器的PSSR，通常可以采用负反馈的方法。采用负反馈以后，通常可以把PSSR提高到70dB以上。 六、D类放大器的应用 D类放大器的应用十分广泛，总的来说，只要是有进行音频放大需要的场合，都能运用到D类放大器。因此，从最初的电话机、收音机、电视机、音响设备，直至到现代的手机、MP3播放机、LCD电视机、电脑音响都可以采用D类放大器。然而和现代的模拟音频放大器 相比，D类放大器目前的价格还略为高些。 因为D类放大器的最大优点是效率高、节电。对于它来说使用干电池比较合适。如：手机、笔记本电脑、携带型DVD播放机等。这些设备在采用了D类放大器同时也大大延长电池的寿命。其它如大功率的音响设备， 因为耗电很大，所以也是非常需要采用高效率的D类放大器。 结语 总体来说，D类放大器经过了近些年来的发展，已经成功地运用到了手机及一般便携式产品中。D类放大器今后的发展会取代普通的AB类产品，高级D类放大器的可选择的范围正在不断扩大，使得各种消费类终端设备(如平扳显示器、PDA、智能电话、移动电话、汽车无线电等)的设计者可以提高产品的功率性能，同时保持甚至减小产品体积和成本。D类放大器时代的到来使设计人员能够在产品中实现高性能音频，给消费者带来更好的体验。 参考文献： 吴忠智，吴加林.中(高)压大功率变频器应用手册.北京：机械工业出版社，2003.11 丁明.实作D类功率放大器.无线电与电视,2002(2):29-32. 韩宪柱.数字音频技术及应用.北京:中国广播电视出版社
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