【正文】 能被損壞。濾波元件的任何寄生電阻都會(huì)導(dǎo)致功率損耗、降低效率。標(biāo)準(zhǔn)工作電平 (典型的音頻信號(hào)重建電平 )下，效率會(huì)下降到 30%以下，但在相同條件下， MAX9704仍可保持 78%以上的效率 (圖 61)。 工作效率 D類放大器的效率取決于輸出級(jí)晶體管的工作時(shí)間。差分輸入結(jié)構(gòu)降低了共模噪聲的拾取，可以不加輸入耦合電容。 MAX9703/MAX9704 詳細(xì)說(shuō)明 MAX9703/MAX9704無(wú)需濾波的 D類音頻功率放大器對(duì)開(kāi)關(guān)模式放大技術(shù)作了一些重要改進(jìn)。兩款器件都工作在 40176。本器件采用全差分結(jié)構(gòu)、全橋輸出，并具有 全面的雜音抑制。 29 圖 533 不同負(fù)載時(shí) LC 低通濾波器頻率響應(yīng) 30 6 MAX9703/MAX9704 單聲道 /立體聲 D 類音頻功率放大器 概述 MAX9703/MAX9704單聲道 /立體聲 D類音頻功率放大器，以 D類效率提供 AB類放大器的性能，節(jié)省電路板空間，而且無(wú)需使用大型的散熱裝置。從圖中可以看出， PWM 經(jīng)過(guò)低通濾波器后高頻分量大大減小，音頻信號(hào)得到恢復(fù)，但總會(huì)殘留部分高頻開(kāi)關(guān)成分。 方案二：采用兩個(gè)相同的四階 Butterworth 低通濾波器，在保證 20kHz 頻帶的前提下使負(fù)載上的高額載波電壓進(jìn)一步得到衰減。實(shí)際電路如圖 528 所示。所示從中可以看出對(duì)于 4Ω以上阻抗，采用單極性 PWM可以得到更平直的幅頻特性，對(duì)于低阻抗驅(qū)動(dòng)，雙極性 PWM更 有優(yōu)勢(shì)。雙極性 PWM與單極性 PWM經(jīng) LC 濾波后的波形對(duì)比如 圖 524～ 圖 526所示。 PWM1與 PWM2 都是低電平為零，高電平為 VCC 的方波， PWM1與 PWM2 形成的差 動(dòng)信號(hào)在 50%占空比情況下為零，如果 PWM 中包含音頻信息， PWM 占空比在 0 與 100%之間發(fā)生變化時(shí)， PWM1 與 PWM2 的相位 180? ，PWM1 與 PWM2 形成的差動(dòng)信號(hào)則是低電平為 VCC，高電平為零，或者低電平為零，高電平為 VCC 的方波，如 圖 523所示。 23 圖 519 H 橋式輸出電路 ②．雙極性 PWM H 橋式電路輸出的兩路 PWM波是 180? 反向的， 圖 520所示為 50%占空比，輸入為零的情況。 VMOSFET 管具有較小的驅(qū)動(dòng)電流、低導(dǎo)通電阻及良好的開(kāi)關(guān)特性，故選用高速 VMOSFET 管。 圖 518 H 橋型輸出電路 ②．開(kāi)關(guān)管的選擇 為提高功率放大器的效率和輸出功率，開(kāi)關(guān)管的選擇非常重要，對(duì)它的要求是高速、低導(dǎo)通電阻、低損耗。 圖 516 驅(qū)動(dòng)電路 5. 高速開(kāi)關(guān)電路 1． 方案論證與比較 ①．輸出方式 方案一：選用推挽單端輸出方式 (電路如圖 517 所示 )。 超過(guò)此幅度則輸出會(huì) 21 產(chǎn)生削波失真。前放仍采用寬頻帶、低漂移、滿幅運(yùn)放 TLC4502，組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器。 20 圖 514比較器電路 前置放大器 電路如圖 515 所示。 VC 4 的最大值為 2V，則 2=(R7+R6) 1/2f C4=(R7+R6)4f= 1000 4 150 1000≈ 取 C4=220pF,R7=10KΩ ,R6 采用 20KΩ可調(diào)電位器。 圖 513 三角波產(chǎn)生電路 載波頻率的選定既要考慮抽樣定理，又要考慮電路的實(shí)現(xiàn)，選擇 150KHz 的載波，使用四階 Butterworth LC 濾波器，輸出端對(duì)載頻的衰減大于 60dB，能滿 19 足題目的要求，所以我們選用載波頻率為 150 kHz。三角波產(chǎn)生器及比較器分別采用通用集成電路，各部分的功能清晰，實(shí)現(xiàn)靈活，便于調(diào)試。嚴(yán)格地講，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個(gè)功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以 D類功放與音箱的搭配小更有發(fā)燒友馳騁的天地。 同時(shí)，三角波形的 形狀、頻率的準(zhǔn)確性和時(shí)鐘信號(hào)的抖晃都會(huì)影響到以后復(fù)原的信號(hào)與原信號(hào)不同而產(chǎn)生失真。頻率過(guò)低達(dá)到同樣要求的 THD 標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無(wú)源 LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若干年前，這種高頻大功率管的價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了 D 類功放的發(fā)展。此時(shí)功放管的線性已沒(méi)有太大意義，更重要的是開(kāi)關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。方法很簡(jiǎn)單，只需要用一個(gè)低通濾波器。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無(wú)法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功故，兩者都希望有 D 類這樣高效的放大器來(lái)放大音頻信號(hào)。在理想情況下， D類功放的效率為 100％， B類功放的效率 為 78． 5％， A類功放的效率才 50％或 25％ (按負(fù)載方式而定 )。 D類功放是放大力件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。 B類功放雖然效率提高很多，但實(shí)際效率僅為 50％左右，在小型使撓式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場(chǎng)合，仍感效率偏低不能令人滿意。產(chǎn)品的一致性好，生產(chǎn)中無(wú)需調(diào)試，只要保證元器件正確安裝即可。 （ 4） 高、中、低頻無(wú)相對(duì)相移，聲音清晰透明，聲像定位準(zhǔn)確。 （ 2） 無(wú)過(guò)零失真。耗電量?jī)H為同功率等級(jí)模擬放大器的三分之一。實(shí)現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類型包括 A 類放大器， AB 類放大器和 B 類放大器。運(yùn)行仿真試驗(yàn)的目的就是得出分析數(shù)據(jù)、電路波形特性及各種相關(guān)參數(shù)。 本課題研究時(shí)采用簡(jiǎn)單易用的 EWB 軟件，其操作簡(jiǎn)單、直觀，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求低，特別適合初學(xué)者和在校的學(xué)生使用。從 70 年代的（ CAD）階段和 80 年代的（ CAE）階段，到 90 年代的電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)自動(dòng)化（ EDA）階段。因此用 LPF 低通濾波器就可以濾去高頻諧波而得到正弦基波成分，因此，可使數(shù)模轉(zhuǎn)換電路非常簡(jiǎn)化。這里沒(méi)有應(yīng)用一般概念的 A/D 變換電路，而是用一個(gè)幅度與放大的正弦信號(hào)近似的三角波，共同作為變換器輸入，相當(dāng)于反相比較器。 圖 41 D 類放大器的原理方塊圖 輸出 A / D LPF 輸入 D/ A 10 圖 42 將正弦波變?yōu)槊}沖波的脈寬調(diào)制電路 從圖 41的結(jié)構(gòu)可知，兩個(gè)放大器反相連接，實(shí)際上構(gòu)成推挽狀態(tài)，起到開(kāi)關(guān)作用去控制與電源串聯(lián)的負(fù)載回路 (RL)，低通濾波器 LPF 可以濾去脈沖波的高頻部分，得到基波成分，所以實(shí)際上成為數(shù) /模 (D/A)轉(zhuǎn)換電路，重新將脈沖波還原成為正弦波。晶體管導(dǎo)通工作時(shí)間越長(zhǎng)，信號(hào)幅度便越大，于是晶體輸 出管為揚(yáng)聲器提供的電流也時(shí)而因管子導(dǎo)通而有電流流過(guò)，時(shí)而因管子截止而沒(méi)有電流流過(guò)，音頻信息便包含在這些接通、斷開(kāi)的周期過(guò)程中。 9 4 D 類功放的原理及仿真 D 類功放的工作原理 D類功率放大器的 原理，首先將脈沖編碼調(diào)制（ PCM， Pulse Code Modulation）音頻數(shù)據(jù)流通過(guò)專門的等比特?cái)?shù)字處理器 EquibitDSP 變換為脈寬調(diào)制（ PWM，Pulse Width Modulation）的數(shù)據(jù)流。而 D類放大器的高效率意味著驅(qū)動(dòng)電子設(shè)備時(shí)功耗更低，使LCD 平板顯示器工作時(shí)發(fā)熱更少，圖像顯示效果更好。首先，是市場(chǎng)需要。放大器的功耗主要以熱量的形式耗散。 D類放大器與線性音頻放大器（如 A類、 B類和 AB 類）相比，在功效上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。 5. D 類放大器 D類放大器工作于開(kāi)關(guān)狀態(tài)，無(wú)信號(hào)時(shí)無(wú)電流，而導(dǎo)電時(shí)，沒(méi)有直流損耗。這樣在 AB 類 (甲乙類 )狀態(tài)開(kāi)始時(shí)，失真將會(huì)突然上升，其線性 8 劣于 A類 (甲類 )或 B類 (乙類 )。由于大家比較熟悉，這里不作詳細(xì)介紹。另一類可稱作為控制電流源型 (VCIS)，它本質(zhì)上是一個(gè)單獨(dú)的射極跟隨器，并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負(fù)載，以達(dá)到合適的電流泄放。這種放大器，由于避免了器件開(kāi)關(guān)所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動(dòng)態(tài)范圍控制得當(dāng)，僅從失真的角度來(lái)看，可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器。在音頻功放領(lǐng)域中，前四類均可直接采用模擬音頻信號(hào)直接輸入，放大后將此信號(hào)用以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。 使音響放大器輸出額定功率時(shí)所需的輸入電壓 (有效值 )稱為靈敏度。功率放大器，承擔(dān)放大任務(wù) ，是將前置放大器輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，以推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲 。 6 2 音響的基礎(chǔ)知識(shí) 聲音的基本特性 響度 : 人主觀上感覺(jué)聲音的大小（俗稱音量），由 “振幅 ”和人離聲源的距離決定，振幅越大響度越大，人和聲源的距離越小，響度越大 。功率 MOS 有自保護(hù)電路，可以大大簡(jiǎn)化保護(hù)電路，而且不會(huì)引入非線性失真。 ，輸出功率不是很大。 傳統(tǒng)的音頻功放工作時(shí)，直接對(duì)模擬信 號(hào)進(jìn)行放大，工作期間必須工作于線性放大區(qū)，功率耗散較大，雖然采用推挽輸出，減小了功率器件的承受功率，但面對(duì)較大功率，對(duì)功率器件構(gòu)成極大威脅。如今，隨著脈沖調(diào)制放大電路的技術(shù)瓶頸被逐漸解決，數(shù)字放大器的優(yōu)點(diǎn)日漸突顯，推陳出新，人們?cè)絹?lái)越關(guān)注它了。而音響系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)的功率放大器和揚(yáng)聲器卻仍然徘徊在數(shù)字化的大門外。 本文首先介紹了聲音的基本特性、音響放大器的技術(shù)指標(biāo)、放大器分類和 D類放大器的工作原理，接著進(jìn)行了 D類功放的仿真分析，包括 PWM 波的形成、頻譜分析等等；然后設(shè)計(jì)了基于 MAXIM 公司的 10W 立體聲 /15W 單聲道集成芯片MAX9703/MAX9704 的 D 類放大器，并對(duì) D 類功放的發(fā)展與技術(shù)展望進(jìn)行了描述。 D 類放大器包括脈寬調(diào)制器和輸出級(jí)。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。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(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，故使脈沖調(diào)制型放大器在音響應(yīng)用領(lǐng)域一直停滯不前。但工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的 D類功率放大器卻很容易實(shí)現(xiàn)。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， 以 前置放大