【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，處于截止點上，因此信號輸入時，只有半周導通 (導通角為 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。 測量 :使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負載 RL的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。 放大器的電壓增益相對于中音頻 f0 (1KHz)的電壓增益下降 3dB時所對應的低音音頻 fL 和高音音頻 fH 稱為放大器的頻率響應。 放大器的技術(shù)指標 : 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，表達式； P0 = U0 2 /RL , U0 為負載兩端的最大不失真電壓， RL 為額定負載阻抗。 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，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，在國外的 SVD 類功率放大器中已經(jīng)開始運用，如 :TEXAS 公司的 TPA2021D2。 D類功率放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，理論效率可達 100%，實際的運用也可達80%以上。此外，模擬功率放大器還存在以下的缺點 : ，成本高。模擬功率放大器通過采用優(yōu)質(zhì)元件，復雜的補償電路，深負反饋，使失真變得很小，但大功率和高效率一直沒有很好的解決。 其實 早在 20世紀 60年代末期就有人著手數(shù)字放大器的研究，為什么在這數(shù)十年以來的音響發(fā)展歷程，一直不見其產(chǎn)品面市？究其原因，是在數(shù)字音頻放大器的設計與制作過程中，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 高速開關(guān)電路 低通濾波 3 目錄 1 引 言 ............................................................. 5 2 音響的基礎知識 .................................................... 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 ................................................ 7 3 放大器的簡介 ...................................................... 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 輸入信號抽樣―― PWM 波的形成仿真 ............................. 17 輸出信號 PWM 波的頻譜仿真分析 ................................. 17 D 類功放的優(yōu)點 ................................................. 18 5 D 類功放的硬件設計 ............................................... 19 D 類功放的設計原理 ............................................. 19 D 類功放的設計要素 ............................................. 22 輸出晶體管尺寸選擇 ........................................... 22 輸出 級保護 ................................................... 22 音質(zhì)處理 ..................................................... 23 EMI 處理 ..................................................... 25 LC 濾波器設計 ................................................ 26 系統(tǒng)成本 ..................................................... 27 散熱注意事項 ................................................. 27 D 類功放電路分析與計算 ......................................... 31 脈寬調(diào)制器（ PWM） ............................................ 31 前置放大器 ................................................... 33 驅(qū)動電路 ..................................................... 34 高速開關(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 詳細說明 ....................................... 44 4 工作效率 ..................................................... 44 應用信息 ..................................................... 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 ........................................................... 50 5 1 引 言 音響技術(shù)發(fā)展到今天，音響設備中大部分已實現(xiàn)了數(shù)字化，如作為音源的CD、 DAT、 MD、 DVD 等，數(shù)字調(diào)音臺以及數(shù)字效果器、壓限器、激勵器等周邊設備也被一些專業(yè)場所使用。本系統(tǒng)以高效率 D 類功率放大器為核心，輸出開關(guān)管采用高速VMOSFET 管，連接成互補對稱 H橋式結(jié)構(gòu)，最大不失真輸出功率大于 1W，平均效率可達到 70％左右。 D 類放大器包括脈寬調(diào)制器和輸出級。而作為音響系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)的功率放大器和揚聲器卻長期在數(shù)字化的大門外徘徊。因為其需要極高的精確度，但在如何解決脈沖調(diào)制放大在工作時提供持續(xù)穩(wěn)定的線性響應，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用領域停滯不前，舉步維艱。工作在開關(guān)狀態(tài)下的 D類功率放大器卻很容易實現(xiàn)，大功率，高效率，低失真。常常需要設計復雜的補償電路和過流，過壓 ，過熱等保護電路，體積較大，電路復雜。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)輸出功率很容易達到數(shù)百瓦。 近年來，國外的公司對 D類功率放大器進行了研究和開發(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，會產(chǎn)生一定的問題，同時， D 類功率放大器對器件的要求較高，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，前置放大器承擔控制任務為主，對各種節(jié)目源信號進行選擇和處理，對微弱信號放大到 ，進行各種音質(zhì)控制，以美化音色。 測量條件如下 :信號發(fā)生器輸出頻率為 1KH，電壓 Ui =20mV 正弦信號。 8 測量條件如下 :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，使信號發(fā)生器的輸出頻率 fI 從 20Hz20KHz(保持 Ui =20mV 不變 )測出負載電阻上對應的輸出電壓 U0 。 9 3 放大器的簡介 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，而是需要某種變換后再放大。集電極輸出半個正弦波。 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)置偏點在截止點之下，當信號輸入時只有超過偏置點部分管子才導通 (導通角小于 90 度 )，效率更高，但由于失真過大，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，信號導通角逾小Vce Ic Ib=0 Q IB VBE IB VBE 12 波形失真則愈大，輸出信號中諧波成分增加，這兩個要求矛盾。事實上由于關(guān)斷時器件尚有微小漏電流，而導通時，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 100%，實際在 8090%,是實用放大器中效率最高的。對于線性放大器（如 AB 類）來說，偏置原件和輸出晶體管的線性工作方式會損耗大量功率。 D 類放大器對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用。對于手機來說，揚聲器和 PTT (PushtoTalk，一鍵通 )模式需要 D 類放大器的高效率，以延長電池壽命。根據(jù)市場需要，一些制造商改進了 D 類放大技術(shù)，使 D類放大器具有更理想價格的同時，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關(guān)狀態(tài)，作為放大音頻正弦信號，還需模 /數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將音頻模擬信號先變?yōu)槊}沖方波，從而進行放大。因為揚聲器是感性負載，對于高電感的揚聲器如中頻揚聲器， D類功放可以不用低通濾波器，直接與揚聲器相聯(lián)。 D類功放使用的開關(guān)管采用功率型 MOSFET，即大功率場效應管，并為保證足夠的激勵電壓而設有驅(qū)動電路，使 FET 能充分的開啟和關(guān)斷。主要能輔助進行三方面的設計工作，既 IC 設計、電子電路設計和 PCB 設計。它不僅為電子技術(shù)設計人員提供了“自頂向下”的設計理念，同時也為教學提供了一個極為便捷的、科學的實驗教學平臺。建模過程中，各級電路的元器件參數(shù)選擇必須 準確，應防止節(jié)點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 其中輸入信號為 1KHz 的正弦波，抽樣信號為 200KHz 由的三角波，由 EWB中的信號發(fā)生器提供，幅度為 2V，占空比為 50％；電壓比較器采用 EWB 中的理想運算放大器，輸出的極值為－ 5V～＋ 5V；場效應管驅(qū)動電路采用理想場效應管構(gòu)成的開關(guān)放大電路；低通濾波器為 LC 二階濾波器。這種差別使得 D類放大器在許多應用中具有顯著的優(yōu)勢，因為低功耗產(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板 (PCB)面積和成本，并且能夠延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。 （ 3）瞬態(tài)響應好，即“動態(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，半導體器件的溫升明顯減小，失真率也就顯著減小。認為