【正文】 設計)，會大大提高電路性能。在D類功放中普遍用反饋來補償供電電壓變化。線性功放增益不受供電電壓影響而變化，然而D類功放的增益是和供電電壓成比例的。（3）信噪比為了避免放大器背景噪聲能造成人耳可以聽到的咝咝聲，在便攜式應用中的低功率放大器的SNR往往要大于90dB，而用于中等功率和大功率設計的放大器的SNR應分別為100dB和110dB以上。因此，對可靠的設計和降低EMI來說，PCB的布局都是至關重要的。在下個時段，當MOSFET的另一邊開始打開時，除非存儲的少量載流子完全放電，否則體二極管將一直處于導通狀態(tài)。體二極管自頂部流向底部的反向恢復充電。與大多數(shù)開關應用一樣，在D類放大器設計中，工程師必須注意EMI性能。由于D類的工作模式不同于AB類，會產生某些高頻諧波。如果反向恢復方案仍不可接受，可使用肖特基(Schottky)二極管與該晶體管的寄生二極管并聯(lián)，從而轉移電流并且防止寄生二極管一直導通。在二極管完全斷開之前，會出現(xiàn)大的反向恢復電流尖峰，從而產生麻煩的EMI源。如果柵極驅動非重疊時間非常長，揚聲器或LC濾波器的感應電流會正向偏置輸出級晶體管端的寄生二極管。有時，插入與放大器電源串聯(lián)的RF扼流線圈很有幫助。通常這些電荷來自儲能電容，從而形成一個包含兩個電容的電流環(huán)路。一條有用的原則是將承載高頻電流的環(huán)路面積減至最小，因為與EMI相關的強度與環(huán)路面積及環(huán)路與其它電路的接近程度有關。D類放大器調制方案決定傳導EMI和輻射EMl分量的基線譜。如果不正確理解和處理，這些分量會產生大量EMI并且干擾其它設備的工作。濾波器可以抑制高頻噪聲，但可以通過所有音頻分量，包括噪聲。在電源波動抑制能力方面，電源噪聲幾乎可以在受到很小的抑制的情況下，直接耦合到揚聲器上。為了最大限度減小失真，避免直通而引入的死區(qū)時間應該盡可能縮短。關于音頻信號強度的信息通常是通過D類調制器輸出脈沖的寬度來編碼的。幾十納秒少量的死區(qū)時間很容易產生1％以上的THD。一般來講，在柵極信號中的開關時間誤差是導致非線性的主要原因。ⅴ由于限定的輸出電阻和通過直流供電的能量的反作用而引起電源電壓波動。ⅲ開關器件上的不必要特征，比如限定電阻，限定開關速度或晶體二極管特性。原因有：ⅰ從調制器到開關級由于分辨率限制和時間抖動而導致的PWM信號中的非線性。然而，實際的D類功放并不完美并且會有失真和噪音。④削波失真：是功放管飽和時，信號被削波，輸出信號幅度不能進一步增大而引起的一種非線性失真。②互調失真：當功放同時輸入兩種或兩種以上頻率的信號時，由于放大器的非線性，在輸出端會產生各頻率以及諧波頻率之間的和頻及差頻信號，這些新增加的頻率成分構成非線性失真。①諧波失真：諧波失真是由功率放大器中的非線性元件引起的，這種非線性會使聲頻信號產生許多新的諧波成分。(2)失真失真是指功放的聲頻信號波形發(fā)生了不應有的變化。由此可見，在輸出功率一定的條件下，提高效率就意味著電源供給功率和放大器損耗功率下降。(1)功率效率在輸入信號的作用下，直流電源提供的直流功率中，一部分被轉換為輸出信號功率，其余部分將消耗在功率放大器中，形成功率放大器的損耗。在電源電壓為額定值時，D類功放的效率高達80％90％，對于語言和音樂信號，其實用效率為65％80％，約等于AB類的2倍。D類功放的功率損耗(簡稱功耗)主要由兩部分組成：開關損耗和發(fā)熱損耗。在非開關時間中的功耗是由于每個MOSFET的和晶體管中的電流導致的。從漏極到源極的通道需要一定的形成時間。出現(xiàn)這種情況有幾個原因。但在開關時間和非開關時間中總會有一定的功率損失(開關損耗和傳導損耗)。D類放大器與開關模式電源的工作方式相似，其中輸出MOSFET要么是完全啟動(飽和)，要么是完全關閉(切斷)的。由于D類音頻功率放大器只工作在“0、l”狀態(tài)，其功率開關器件要么導通要么截止，不在“放大區(qū)”停留，因此功耗極小、效率極高，效率高于96％。分壓電路由,及輸出負載或揚聲器組成，MOSFET的極小，因此它上面幾乎沒有什么壓降；相反，“關”態(tài)MOSFET的值卻很大，因此可忽略通過它們的電流。圖31 D類放大器簡化H橋如圖31所示，電流從電源通過第一個狀態(tài)為“開”的MOSFET，再流過負載，最后流過后一個狀態(tài)為“開”的MOSFET。D類放大器產生一個可使輸出電壓在電源軌之間切換的PWM信號，從而能在向負載提供驅動電流時僅在輸出晶體管上產生很小的壓降。因為當輸出晶體管在不導通時具有零電流，并且在導通時具有很低的VDS，因而產生較小的功耗IDSVDS。D類放大器效率高發(fā)熱少，能減少不必要的功率消耗。同時，不用散熱板，從而能節(jié)省空間。以前的高發(fā)熱模擬放大器，封裝大，需要大的散熱板，因此需要較大的空間。而D類放大器的效率可達到8090％，不僅不浪費能量，有效地利用電源，還能得到較大的功率輸出。表21 各類放大器性能比較放大器種類保真度最大效率模擬A極好25%AB好＜75%B一般%開關D不好100%E不好F不好3 D類功率放大器原理 D類放大器的特點(1)高效率。C類放大器以線性度為代價可以達到很高的效率，可應用在恒包絡調制的射頻系統(tǒng)中。對于大輸入驅動信號，器件工作在開關狀態(tài)下，其高效率以線性度為代價，如D類、E類和F類功率放大器。偏置電壓、輸入信號驅動方式和輸出網絡共同決定了功率放大器的類型。并且E類放大器具有很差的歸一化功率傳遞能力，因此盡管這一類型的放大器可能有很高的效率，但它卻要求采用更大尺寸的器件把一定數(shù)量的功率傳送到負載。E類放大器采用高階電抗網絡提供足夠的自由度來改變開關電壓波形，使它在開關導通時的值和斜率均為零，從而降低了開關損耗。為了防止總的損耗，開關相對于工作頻率必須非?？?。采用晶體管作為開關有可能提供大為改善的效率，但由于現(xiàn)實開關的不完全理想使得在實際中實現(xiàn)這一可能性并不總是那么容易。音頻功率放大器的用途是在發(fā)聲輸出元件上復現(xiàn)輸入音頻信號，提供所需要的音量和功率水平一保證復現(xiàn)的忠實性、高效率以及低失真度。當輸出晶體管關閉時，全部電源供應電壓即出現(xiàn)在晶體管上，但沒有電流，因此也不消耗功率，故理論上的效率為百分之百。這種放大器直接從數(shù)字音頻數(shù)據(jù)實現(xiàn)功率放大而不需要進行模擬轉換，這樣的放大器通常稱作數(shù)字功率放大器或D類放大器。這類功率放大器稱為準數(shù)字放大器或數(shù)控放大器。第一類的數(shù)字式功率放大器是在同一機箱內裝以數(shù)字/模擬轉換器、音量控制電路以及普通的模擬功率放大器。圖28 C類放大器的固定偏置點通過控制開關單元的ON/OFF來驅動揚聲器的放大器稱為D類放大器。C類功放的實際效率可以達到60％80％。因此，漏極電流是由周期性的一串脈沖構成的。通過調節(jié)電容C，使回路諧振在輸入信號頻率上。有些AB類功放將偏置電流調得很高，令其在更寬的功率范圍內以A類工作，使聲音接近純A類機，但產生的熱量也相對增加。普通機10瓦的AB類功放大約在5瓦以內用A類工作，由于聆聽音樂時所需要的功率只有幾瓦，因此AB類功放在大部分時間是用A類功放工作模式，只有在出現(xiàn)音樂瞬態(tài)強音時才轉為B類。AB類功放通常有兩個偏壓，在無信號時也有少量電流通過輸出晶體管。遺憾的是，即使是精心設計的AB類放大器也有很大的功耗，因為其中等范圍的輸出電壓通常遠離正電源或負電源。工作偏置點如圖26所示，當輸入信號為零時，由于此時兩個晶體管仍然處于導通狀態(tài)，因此每一個晶體管的功率損耗均大于B類放大器，即AB類放大器的最大工作效率小于B類放大器，但大于A類放大器。圖25 AB類放大器原理圖圖26 AB類放大器的固定偏置點如圖25所示，AB類放大器通過兩個偏置電壓來避免交越失真。大部分時間只有一個晶體管工作，在零交越點時，兩個晶體管都工作。到180176。其功耗介于A類放大器和B類放大器之間，但通常更接近于B類放大器。AB類放大器是A類放大器和B類放大器的組合折衷，它也使用DC偏置電流，但它遠小于單純的A類放大器。B類功放的效率平均約為75％，產生的熱量較A類功放低，容許使用較小的散熱器。當有信號時，每對輸出管各放大一半波形，彼此一開一關輪流工作完成一個全波放大，在兩個輸出晶體管輪換工作時便發(fā)生交越失真，因此造成非線性。由于只有信號電流流過晶體管，因而減少了輸出級功耗。B類放大器拓撲結構沒有DC偏置電流，所以功耗大大減少。其工作偏置點如圖24所示。其簡化電路如圖23所示。在沒有信號輸入時，功率損失為零。由于效率比較低，現(xiàn)在設計基本上不再使用。電路簡單，調試方便。放大器可單管工作，也可以推挽工作。一般而言，A類功放的售價約為同等功率AB類功放的兩倍或更多。一部25W的A類功放供電器的能力至少夠100瓦AB類功放使用。A類功放發(fā)熱量驚人，為了有效處理散熱問題，A類功放必須采用大型散熱器。當信號電平增加時，有些功率可進入負載，但許多仍轉變?yōu)闊崃?。A類功放的工作方式具有最佳的線性度，每個輸出晶體管均放大信號全波，完全不存在交越失真(Switching Distortion)，即使不使用負反饋，它的開環(huán)失真仍十分低，因此被稱為聲音最理想的放大線路設計。當無信號時，兩個晶體管各流通等量的電流，因此在輸出中心點上沒有不平衡的電流或電壓，故無電流輸入揚聲器。A類放大器的優(yōu)點是線性度最好，失真最小。輸出負載的平均功率為：電源輸入功率為：工作效率為：圖22 A類放大器的固定偏置點由上式可見，當且時，A類放大器具有最大工作效率，為25％。(在一個信號周期內，導通角度的一半定義為導通角)。簡化電路圖如圖21所示。當然，這類放大器只要偏置和動態(tài)范圍控制得當，僅從失真的角度來看，可認為它是一種優(yōu)質的線性放大器，具有良好的聲音表現(xiàn)能力。但電路效率較低，功率輸出管的發(fā)熱量很大，電路的安全性和可靠性設計存在問題。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的電壓波形，用交流表來測量其有效值。（3）輸入靈敏度使音響放大器輸入額定功率時所需要的輸入電壓(有效值)稱為靈敏度。（2）頻率響應放大器的電壓增益對于中音頻(1KHz)的電壓增益下降3dB時所對應的低音音頻和高音音頻稱為放大器的頻率響應。功率放大器的輸出端接額定負載電阻(代替揚聲器)，輸入端接，逐漸增大輸入電壓，直到的波形剛好不出現(xiàn)諧波失真(r1％)，此時對應的輸出電壓為最大輸出電壓。為負載兩端的最大不失真電壓，為額定負載阻抗。音色：又叫音品和音質，他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。音調：是人耳對聲音調子高低的主觀感覺，聲調高低與聲音的物理量“頻率對應。最后還不能忽視新的架構技術。為了生成精確的音頻，輸入晶體管需要在動態(tài)范圍的兩端都能同樣出色地工作，以幫助精確地實現(xiàn)準確的功率分配。但是首先這代放大器變得價格可以承受，其次在低功耗性能上接近甚至超過了AB類放大器，從而獲得了一定的應用。第二代D類放大器把一個用于模擬源信號的PWM(脈沖寬度調制)信號和一個集成的輸出級以及片外濾波器組合在一起。D類音頻功率放大器符合上述要求。全球音頻領域數(shù)字化的浪潮以及人們對音頻設備節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快研究開發(fā)高效、節(jié)能、數(shù)字化的音頻功率放大器。在1970年，MOSFET出現(xiàn)后才投入實際性開發(fā)。故D類放大器在便攜式設備上的應用具有很大的優(yōu)勢，受到許多開發(fā)商的青睞。隨著金屬．氧化物．半導體場效應管(MOSFET)的出現(xiàn)，其開關特性很好，工作效率高，開關速度快，管壓降小，功耗低，適合用于D類音頻功率放大器的研究開發(fā)。這一差異反襯出，D類功率放大器在許多應用方面具有顯著的優(yōu)勢，因為其較小的功率耗散意味著更低的發(fā)熱量、電路板空間及成本的節(jié)省和便攜式系統(tǒng)的電池工作時間的延長等。在常規(guī)的晶體管放大器中，輸出級上的晶體管需要提供時刻連續(xù)的輸出電流。D類功率放大器的輸出級只是瞬間通過一下線性區(qū)域，而大部分時間不是停留在飽和區(qū)就是截止區(qū)，上管飽和則下管截止，或者相反。不久的將來，D類音頻功率放大器必將取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。這些放大器可使設計人員節(jié)省電池電量，因為D類放大器比傳統(tǒng)AB類(或線性)放大器具有更高的效率。在手機、DVD播放機、筆記本電腦及游戲機等便攜式設備中集成音頻，已經發(fā)展到這樣一個程度，即設計人員正面臨著如下考驗：一方面需要將MP3及流媒體等越來越多的特性集成到上述終端設備中，另一方面又必須保持或