【正文】 況如圖 33, 34。 圖 31 A類放大器 2. B 類放大器 10 圖 32 B 類放大器 靜態(tài)置偏為 Q 點(diǎn)，處于截止點(diǎn)上，因此信號(hào)輸入時(shí)，只有半周導(dǎo)通 (導(dǎo)通角為 90 度 ) ，如圖 32所示， 。 D 類放大器比較特殊，它只有兩種狀態(tài)，不是通就是斷。 測(cè)量 :使輸入端對(duì)地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負(fù)載 RL的電壓波形，用交流電壓表測(cè)量其有效值。 放大器的電壓增益相對(duì)于中音頻 f0 (1KHz)的電壓增益下降 3dB時(shí)所對(duì)應(yīng)的低音音頻 fL 和高音音頻 fH 稱為放大器的頻率響應(yīng)。 放大器的技術(shù)指標(biāo) : 音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值 (r1%)的最大功率稱為額定功率，表達(dá)式； P0 = U0 2 /RL , U0 為負(fù)載兩端的最大不失真電壓， RL 為額定負(fù)載阻抗。 音色 :又叫音品或音質(zhì)，它是由聲音的波形決定的，電子管功放的偶次諧波多，奇次諧波少，聲音柔美，甜潤(rùn)，晶體管功放奇次諧波多，聲音冷艷，清 麗。而且有更高的保真度，這一點(diǎn)，在國(guó)外的 SVD 類功率放大器中已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用，如 :TEXAS 公司的 TPA2021D2。 D類功率放大器工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，理論效率可達(dá) 100%，實(shí)際的運(yùn)用也可達(dá)80%以上。此外，模擬功率放大器還存在以下的缺點(diǎn) : ，成本高。模擬功率放大器通過(guò)采用優(yōu)質(zhì)元件，復(fù)雜的補(bǔ)償電路，深負(fù)反饋，使失真變得很小，但大功率和高效率一直沒(méi)有很好的解決。 其實(shí) 早在 20世紀(jì) 60年代末期就有人著手?jǐn)?shù)字放大器的研究，為什么在這數(shù)十年以來(lái)的音響發(fā)展歷程，一直不見(jiàn)其產(chǎn)品面市？究其原因，是在數(shù)字音頻放大器的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，最大的難題就是高速轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。 關(guān)鍵詞 : D類放大器 脈寬調(diào)制 高速開(kāi)關(guān)電路 低通濾波 3 目錄 1 引 言 ............................................................. 5 2 音響的基礎(chǔ)知識(shí) .................................................... 7 聲音的基本特性 .................................................. 7 音響的結(jié)構(gòu)及參數(shù) ................................................ 7 放大器的技術(shù)指標(biāo) ................................................ 7 3 放大器的簡(jiǎn)介 ...................................................... 9 4 D 類功放的原理及仿真 ............................................. 13 D 類功放的工作原理 ............................................. 13 D 類功放的 EDA 仿真 ............................................. 15 EDA 仿真概述 ................................................. 15 D 放大器原理仿真概述 ......................................... 16 輸入信號(hào)抽樣―― PWM 波的形成仿真 ............................. 17 輸出信號(hào) PWM 波的頻譜仿真分析 ................................. 17 D 類功放的優(yōu)點(diǎn) ................................................. 18 5 D 類功放的硬件設(shè)計(jì) ............................................... 19 D 類功放的設(shè)計(jì)原理 ............................................. 19 D 類功放的設(shè)計(jì)要素 ............................................. 22 輸出晶體管尺寸選擇 ........................................... 22 輸出 級(jí)保護(hù) ................................................... 22 音質(zhì)處理 ..................................................... 23 EMI 處理 ..................................................... 25 LC 濾波器設(shè)計(jì) ................................................ 26 系統(tǒng)成本 ..................................................... 27 散熱注意事項(xiàng) ................................................. 27 D 類功放電路分析與計(jì)算 ......................................... 31 脈寬調(diào)制器（ PWM） ............................................ 31 前置放大器 ................................................... 33 驅(qū)動(dòng)電路 ..................................................... 34 高速開(kāi)關(guān)電路 ................................................ 35 低通濾波 ..................................................... 40 6 MAX9703/MAX9704 單聲道 /立體聲 D 類音頻功率放大器 .................. 44 概述 ........................................................... 44 MAX9703/MAX9704 詳細(xì)說(shuō)明 ....................................... 44 4 工作效率 ..................................................... 44 應(yīng)用信息 ..................................................... 45 7 D 類功放的發(fā)展與技術(shù)展望 ......................................... 47 D 類功放的不足 ................................................. 47 D 類功放的最新發(fā)展 —— T類功率放大器 ............................ 47 結(jié)論 ............................................................... 48 致謝 ............................................................... 49 參考文獻(xiàn) ........................................................... 50 5 1 引 言 音響技術(shù)發(fā)展到今天，音響設(shè)備中大部分已實(shí)現(xiàn)了數(shù)字化，如作為音源的CD、 DAT、 MD、 DVD 等，數(shù)字調(diào)音臺(tái)以及數(shù)字效果器、壓限器、激勵(lì)器等周邊設(shè)備也被一些專業(yè)場(chǎng)所使用。本系統(tǒng)以高效率 D 類功率放大器為核心，輸出開(kāi)關(guān)管采用高速VMOSFET 管，連接成互補(bǔ)對(duì)稱 H橋式結(jié)構(gòu)，最大不失真輸出功率大于 1W，平均效率可達(dá)到 70％左右。 D 類放大器包括脈寬調(diào)制器和輸出級(jí)。而作為音響系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)的功率放大器和揚(yáng)聲器卻長(zhǎng)期在數(shù)字化的大門(mén)外徘徊。因?yàn)槠湫枰獦O高的精確度，但在如何解決脈沖調(diào)制放大在工作時(shí)提供持續(xù)穩(wěn)定的線性響應(yīng)，以及如何避免產(chǎn)生輻射脈沖干擾等方面難以取得突破，故一直使脈沖調(diào)制型放大器在音響應(yīng)用領(lǐng)域停滯不前，舉步維艱。工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的 D類功率放大器卻很容易實(shí)現(xiàn)，大功率，高效率，低失真。常常需要設(shè)計(jì)復(fù)雜的補(bǔ)償電路和過(guò)流，過(guò)壓 ，過(guò)熱等保護(hù)電路，體積較大，電路復(fù)雜。功率器件的耗散功率小，產(chǎn)生熱量少，可以大大減小散熱器的尺寸，連續(xù)輸出功率很容易達(dá)到數(shù)百瓦。 近年來(lái)，國(guó)外的公司對(duì) D類功率放大器進(jìn)行了研究和開(kāi)發(fā)，提出了一些方案，但是尚存在了較大的難度，由于采用 PWM 方式，為了提高音質(zhì)，降低失真，必須提高調(diào)制頻率，但是在較高頻率下，會(huì)產(chǎn)生一定的問(wèn)題，同時(shí)， D 類功率放大器對(duì)器件的要求較高，不利于降低成本。 音響的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 前置放大器和功率放大器，前置放大器承擔(dān)控制任務(wù)為主，對(duì)各種節(jié)目源信號(hào)進(jìn)行選擇和處理，對(duì)微弱信號(hào)放大到 ，進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化音色。 測(cè)量條件如下 :信號(hào)發(fā)生器輸出頻率為 1KH，電壓 Ui =20mV 正弦信號(hào)。 8 測(cè)量條件如下 :調(diào)節(jié)音量控制器使輸出電壓約為最大輸出電壓的 50%輸入端接音調(diào)控制器，使信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率 fI 從 20Hz20KHz(保持 Ui =20mV 不變 )測(cè)出負(fù)載電阻上對(duì)應(yīng)的輸出電壓 U0 。 9 3 放大器的簡(jiǎn)介 功率放大器通常根據(jù)其工作狀態(tài)分為五類。因此，它不能直接輸入模擬音頻信號(hào)，而是需要某種變換后再放大。集電極輸出半個(gè)正弦波。 圖 33 推挽電路形式 iCQUCCuCEO( b )11 圖 34 AB 類放大和 B類放大 3. C 類放大器 情況如圖 35，靜態(tài)置偏點(diǎn)在截止點(diǎn)之下，當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)只有超過(guò)偏置點(diǎn)部分管子才導(dǎo)通 (導(dǎo)通角小于 90 度 )，效率更高，但由于失真過(guò)大，難用于音頻功放，多用于高頻功放作為倍頻用，集電極電流呈脈沖狀，諧波豐富，再用高 Q電路調(diào)諧于基波頻率，濾處諧波成分，使輸出完整波形的正弦波。但是，信號(hào)導(dǎo)通角逾小Vce Ic Ib=0 Q IB VBE IB VBE 12 波形失真則愈大，輸出信號(hào)中諧波成分增加，這兩個(gè)要求矛盾。事實(shí)上由于關(guān)斷時(shí)器件尚有微小漏電流，而導(dǎo)通時(shí)，器件并未完全短路，尚有一定管壓降，故存在較少直流損耗，效率不能達(dá) 100%，實(shí)際在 8090%,是實(shí)用放大器中效率最高的。對(duì)于線性放大器（如 AB 類）來(lái)說(shuō)，偏置原件和輸出晶體管的線性工作方式會(huì)損耗大量功率。 D 類放大器對(duì)散熱器的要求大為降低，甚至可以省去散熱器，因此非常適用于緊湊型大功率應(yīng)用。對(duì)于手機(jī)來(lái)說(shuō)，揚(yáng)聲器和 PTT (PushtoTalk，一鍵通 )模式需要 D 類放大器的高效率，以延長(zhǎng)電池壽命。根據(jù)市場(chǎng)需要，一些制造商改進(jìn)了 D 類放大技術(shù)，使 D類放大器具有更理想價(jià)格的同時(shí)，也具備了與 AB 類放大器相近的音頻性能。將這些脈寬調(diào)制的數(shù)據(jù)流去推功率放大器的常規(guī)晶體輸出管。 D 類放大器的電路工作方式為開(kāi)關(guān)狀態(tài)，作為放大音頻正弦信號(hào)，還需模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將音頻模擬信號(hào)先變?yōu)槊}沖方波，從而進(jìn)行放大。因?yàn)閾P(yáng)聲器是感性負(fù)載，對(duì)于高電感的揚(yáng)聲器如中頻揚(yáng)聲器， D類功放可以不用低通濾波器，直接與揚(yáng)聲器相聯(lián)。 D類功放使用的開(kāi)關(guān)管采用功率型 MOSFET，即大功率場(chǎng)效應(yīng)管，并為保證足夠的激勵(lì)電壓而設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路，使 FET 能充分的開(kāi)啟和關(guān)斷。主要能輔助進(jìn)行三方面的設(shè)計(jì)工作，既 IC 設(shè)計(jì)、電子電路設(shè)計(jì)和 PCB 設(shè)計(jì)。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了一個(gè)極為便捷的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。建模過(guò)程中，各級(jí)電路的元器件參數(shù)選擇必須 準(zhǔn)確，應(yīng)防止節(jié)點(diǎn)的虛脫和注意地端的連接。 圖 4－ 5 D類放大器的仿真電路 17 其中輸入信號(hào)為 1KHz 的正弦波，抽樣信號(hào)為 200KHz 由的三角波，由 EWB中的信號(hào)發(fā)生器提供，幅度為 2V，占空比為 50％；電壓比較器采用 EWB 中的理想運(yùn)算放大器，輸出的極值為－ 5V～＋ 5V；場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電路采用理想場(chǎng)效應(yīng)管構(gòu)成的開(kāi)關(guān)放大電路；低通濾波器為 LC 二階濾波器。這種差別使得 D類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈凸漠a(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板 (PCB)面積和成本，并且能夠延長(zhǎng)便攜式系統(tǒng)的電池壽命。 （ 3）瞬態(tài)響應(yīng)好，即“動(dòng)態(tài)特性”好。 （ 5）能量轉(zhuǎn)換效率極高，體積小，可靠性高。由于 D 類功放極高的效率，半導(dǎo)體器件的溫升明顯減小，失真率也就顯著減小。認(rèn)為