D类功放电路介绍入门经典
d类功率放大电路
d类功率放大电路D类功率放大电路是一种基于数字信号处理的功率放大技术，其主要特点是效率高、功率密度大、音质效果好。
D类功率放大电路广泛应用于数字音响、数字电视、移动设备等领域，是现代电子设备中不可或缺的一部分。
一、D类功率放大电路的基本原理D类功率放大电路的基本原理是将模拟音频信号转换为数字信号，然后对数字信号进行处理和放大，最后将放大的数字信号再转换为模拟音频信号输出。
在整个过程中，信号的转换和处理都是通过数字电路实现的，因此可以获得较高的效率和稳定性。
具体来说，D类功率放大电路主要包括以下几个部分：模拟音频输入：该部分负责将模拟音频信号输入到D类功率放大电路中，通常采用电容器或运算放大器等元件实现。
采样率转换：该部分负责将模拟音频信号转换为数字信号，通常采用ADC（模数转换器）实现。
数字信号处理：该部分负责对数字信号进行处理和放大，通常采用数字滤波器、数字音量控制、数字动态范围控制等元件实现。
PWM调制：该部分负责将放大的数字信号转换为PWM（脉冲宽度调制）信号，通常采用PWM控制器实现。
功率输出：该部分负责将PWM信号转换为模拟音频信号并输出，通常采用LC滤波器、扬声器等元件实现。
二、D类功率放大电路的特点高效性：D类功率放大电路的效率非常高，通常可以达到90%以上。
这是由于在D类功率放大电路中，晶体管工作在开关状态，而非线性状态，因此可以避免传统线性放大电路中存在的功率损耗问题。
高功率密度：由于D类功率放大电路采用了PWM调制技术，因此可以在较小的体积内实现较高的功率输出。
这使得D类功率放大电路可以广泛应用于移动设备、汽车音响等领域，可以实现小体积、高功率的音频输出。
良好的音质效果：D类功率放大电路的音质效果非常好，可以与传统的线性放大电路相媲美，甚至更好。
这是由于在D类功率放大电路中，采用了数字滤波器、数字音量控制、数字动态范围控制等技术，可以对音频信号进行精细的处理和控制，从而实现更好的音质效果。
D类功放电路介绍入门
D类功放电路介绍入门D类功放电路的工作原理是利用PWM（脉宽调制）技术，将音频信号转换为脉冲信号，然后经过滤波电路平滑处理后得到高电压输出。
与传统的A类、B类、AB类功放电路相比，D类功放电路具有更高的转换效率和更小的功耗。
D类功放电路的核心部分是PWM调制电路和功放输出级。
PWM调制电路主要由运算放大器、比较器和锁相环组成。
运算放大器用于将音频信号放大到合适的幅度，比较器将运算放大器输出与一个三角波进行比较，得到一个脉冲信号，锁相环用于产生高频时钟信号。
PWM调制电路的输出经过滤波电路平滑处理后，作为功放输出级的输入信号。
功放输出级一般采用MOSFET管或IGBT管作为开关元件，负责实现对高电压输出的放大。
其中，MOSFET管是常用的选择，因为它具有高开关速度和低导通压降的优点。
在D类功放电路中，开关元件的导通和关断由PWM调制电路的脉冲信号控制，当脉冲信号为高电平时，开关元件导通，输出电压趋近于零；当脉冲信号为低电平时，开关元件关断，输出电压上升至最大值。
为了实现更高的功率和更好的音质，D类功放电路往往采用多级及桥接结构。
多级结构中，多个功放输出级按级连接，每个级通过滤波电路将前一级的输出信号平滑处理并放大，再作为下一级的输入信号。
桥接结构中，利用两个相互倒置的功放输出级，使得输出电压可正负两种极性，从而增加输出功率和动态范围。
D类功放电路相对于传统的功放电路具有诸多优势。
首先，由于采用PWM技术，D类功放电路的转换效率可以达到80%以上，高于传统的A类、B类和AB类功放电路；其次，D类功放电路功耗较小，热量产生相对较少，不需要散热器或风扇进行散热；此外，D类功放电路具有良好的音质表现，因为它的输出信号几乎完全是数字化的，不会受到传统功放电路的谐波失真等影响。
然而，D类功放电路也存在一些不足之处。
首先，由于PWM调制过程中存在采样和量化误差，会引入一定的失真；其次，输出信号的高频噪声和开关元件的开关带来了一定的EMI问题，需要进行相应的滤波和屏蔽措施。
D类功放电路介绍入门经典11页word
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w 输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d 类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d 类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
D类功放电路介绍入门经典
°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
驱动功率管的调制信号为占空比随音频输入信号变化的方波，半桥驱动电路以相反的相位驱动两个功率管，一个导通时另一个截止。
采用方波驱动是为了使mosfet尽可能地改变工作状态，减少其处于线性放大区的时间，从而减少热损耗，提高效率。
该电路的效率主要取决于功率管的开关损耗和导通损耗。
输出滤波器将方波转变为放大的音频信号，推动扬声器发声。
图2为全桥驱动d类功放的原理简图。
全桥驱动电路中负载上的电压峰峰值两倍于电源电压，因而可用单电源代替半桥驱动电路中的双电源供电。
全桥驱动与半桥驱动电路工作原理相似，但采用了四个mosfet。
反馈网络中的滤波电路也有所不同，该电路中负载采用浮动接法，需要两个低通滤波器来消除载波。
四个功率管两两成对工作，为防止短路，驱动电路在关断一对功率管后过一段时间才开启另一对功率管。
全桥中的功率管只需承受半桥中一半的电压，其导通损耗比半桥电路要小，这是因为mosfet导通时的漏源电阻rds(on)与漏源电压bvdss不成线性关系，串联的两个mosfet总的rds(on)比bvdss增加一倍时单管的rds(on)小。
图２全桥驱动d类功放电路简图功率管的选择需要考虑以下几点：峰值工作电压、工作电流、开关速度、开关损耗、导通损耗。
峰值工作电压和电流决定了mosfet的规格，开关损耗、导通损耗及输出滤波损耗决定了输出级的效率。
计算公式如下例如，要在8ω负载上获得100w输出，vp为40v，ip为5a，考虑到工作电压应留25%的裕量，相应的mosfet规格为50v/5a。
选择内部包含一个具有较短反向恢复时间的二极管的mosfet可减小开关损耗，目前较快的反向恢复时间约100ns。
较低的工作频率、较小的栅—源电容及较高驱动能力的驱动电路都有助于减小开关损耗。
工作频率过低会使输出滤波器的设计变得困难，过高又会导致开关损耗增加并产生射频干扰及电磁干扰，因此选择工作频率时需要综合考虑。
D类功放电路介绍(入门经典)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d 类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
d类功放的原理及电路设计
d类功放的原理及电路设计
D类功放是一种数字功放，采用全数字化的技术来放大音频信号。
它的工作原理是将输入的模拟音频信号转换为数字信号，然后利用PWM（脉宽调制）技术将数字信号转换为高频的数字脉冲信号，接着利用低通滤波器将高频信号滤除，得到放大后的模拟音频信号。
D类功放的电路设计包含以下主要组成部分：
1. 输入级：负责将模拟音频信号输入功放电路，通常采用差分输入，以提高抗干扰能力和动态范围。
2. ADC（模数转换器）：将输入的模拟音频信号转换为数字信号。
通常采用高速的Σ-Δ调制器，将音频信号转换为高速脉冲流。
3. PWM（脉宽调制器）：接收ADC输出的数字信号，并将其转换为一系列高频的数字脉冲信号。
脉宽的宽度根据输入信号的幅度来调节。
4. 输出级：将PWM输出的高频脉冲信号进行滤波处理，恢复为模拟音频信号。
一般采用低通滤波器，滤除高频信号，保留放大后的音频信号。
5. 功率放大器：将输出级的模拟音频信号放大到足够的电平，以驱动扬声器。
D类功放相比于传统的A类、B类功放具有高效率、低热量、小尺寸等优势，适用于各种音频放大应用，如音响系统、汽车音响、无线通信等。
D类功放电路介绍入门经典
D类功放电路介绍入门经典一、原理介绍：D类功放电路采用脉冲宽度调制（PWM）的方式对输入信号进行放大。
该电路将输入信号转换为一系列的脉冲信号，通过不断改变脉冲信号的宽度，控制输出信号的幅度。
由于脉冲信号只有两种状态（高电平和低电平），功放器件只需要在两种状态之间切换，从而实现高效的功率放大。
二、特点分析：1.高效率：D类功放电路的主要特点就是高效率，通常能够达到90%以上，最高可达到95%。
这是因为功放器件在工作过程中只需要在两个状态之间切换，而不需要在放大过程中消耗额外的能量。
因此，相比于传统的A类功放电路，D类功放电路更加省电。
2.损失小：由于D类功放电路的工作过程中没有静态电流，同时开关速度快，因此不会产生大量的无用功率。
这样可以大大减小功率器件的损耗，延长器件的使用寿命。
3.紧凑：D类功放电路由于工作方式的特殊性，可以使用的元器件非常简单，并且不需要大型散热器。
因此，D类功放电路通常比A类和AB类功放电路更加紧凑，适用于各种小型设备。
4.效果好：D类功放电路经过了多年的技术积累和改进，目前已经广泛应用于音频放大器和汽车音响系统。
它的输出效果稳定并且具有较低的失真。
三、应用领域：1.音频放大器：D类功放电路可以用于各种音频放大器系统，包括高保真音响、家庭影院系统和专业音响设备等。
由于D类功放电路的高效率和低失真特点，它能够提供清晰、高保真的音质输出。
2.汽车音响系统：由于D类功放电路的紧凑性和高效率，它非常适合用于汽车音响系统。
汽车空间有限，D类功放电路可以大大减小功放器件的体积，同时还可以减少散热器的大小和功耗。
3.无线通信设备：D类功放电路还可以应用于无线通信设备中。
无线通信设备对功率放大电路的效率要求较高，而D类功放电路正好能够满足这一需求。
总结：D类功放电路是一种高效、紧凑且效果好的功率放大电路，在音频放大器和汽车音响系统等领域有广泛应用。
通过采用脉冲宽度调制的方式对输入信号进行放大，D类功放电路能够实现高效率、低失真的功率放大，提供清晰、高保真的音质输出。
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D类功放原理与设计
1 概述
能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率 放大电路，简称功放。
功放既不是单纯追求输出高电压，也不是单纯追求 输出大电流，而是追求在电源电压确定的情况下，输出 尽可能大的功率。
功放电路的要求： Pomax 大，三极管极限工作 = Pomax / PV 要高
失真要小
2 D类功放电路结构与工作原理
Functional Block Diagram
Typical Connection
充电二极管：肖特基二极管
自举电容：钽电解
20
3.5 输出滤波电路设计
输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器。 归一化传递函数
（1） 半桥LC滤波器设计
（2） 全桥LC滤波器设计
给定RL和fc, L 、C 参数表
2.3 输出PWM信号频谱与低通滤波器
(1) 输出PWM信号的频谱
(2) 二阶巴Hale Waihona Puke 沃斯低通滤波器fc=1KHz
fc=8KHz
3 D类功放单元电路设计
3.1 D类功放总体架构
3.2 PWM调制电路
三角波产生电路: 专用芯片 运放构成的三角波产生电路
三角波频率：300KHz~600KHz
比较器：集成电压比较器LM311
2.1 D类功放电路结构
(1) 信号调制电路：模拟信号转换为脉宽与信号幅度成正比 的方波(PWM)。 (2) 开关放大电路：将输入方波进行功率放大。 (3) 低通滤波电路：滤除高次谐波，将放大后的信号加到负载 上。。
D类功放电路介绍
D类功放电路介绍
D类功放电路的原理是通过将输入信号转换为两个电平，分别是高电
平和低电平，然后通过开关管或者MOS管进行开关操作，来输出一个脉冲
宽度变化的信号。
在输出时，为了得到一个模拟的输出信号，需要通过滤
波电路来将脉冲信号转换为连续的模拟信号。
D类功放电路的一个重要特点是高效率。
由于功放管工作在开关状态，只有在需要放大信号时才会进行导通，因此功耗较低。
这使得D类功放电
路在电池供电、车载音频等应用场景中非常适用，可以延长续航时间并降
低能量消耗。
另一个特点是输出失真较小。
D类功放电路的开关频率非常高，可以
超过20kHz，因此超出人类听觉范围。
这使得D类功放电路的输出信号在
加工和滤波后，能够还原成原始输入信号，避免了传统A类功放电路的失
真问题。
然而，D类功放电路也存在一些缺点。
首先，由于开关操作的特性，
输出信号常常存在一定的高频噪声和失真。
其次，由于开关频率较高，需
要使用较高的采样和处理速度，使得电路的设计和制造变得更复杂和困难。
最后，D类功放电路输出的功率较低，一般适用于低功率音频放大，对于
大功率音响系统来说，可能不太适用。
总的来说，D类功放电路是一种高效率、低功耗的放大电路，适用于
一些对功耗、续航时间和音频质量要求较高的应用场景。
随着技术的进一
步发展，对D类功放电路的研究和改进也在不断进行，可以预见，D类功
放电路在音频行业中的应用前景将越来越广阔。
【2019年整理】D类功放电路介绍入门经典
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d 类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
D类功放原理经典
D类功放原理经典D类功放（Class D Amplifier），又称数字功放，是一种用于音频放大的功放技术。
与传统的A类、B类、AB类功放相比，D类功放具有能效高、体积小、发热低等优点，因此广泛应用于消费电子产品、车载音响、PA系统等领域。
D类功放的原理是将输入的音频信号经过数字转换器（ADC）转换为数字信号，然后经过数字信号处理器（DSP）进行处理和调制，最后通过PWM（脉宽调制）技术，将模拟信号转换为高频方波信号。
这样的方波信号经过滤波器滤除高频干扰，同时根据原始音频信号的特点进行重构，得到与原始信号相似的音频信号，最后经过电平变换电路输出为放大信号。
D类功放的核心在于PWM技术。
PWM是一种控制技术，通过改变方波的占空比来控制输出信号的功率。
PWM信号的占空比决定了输出信号的幅值，当占空比大于50%时，输出信号为高电平，小于50%时为低电平。
由于方波的高频特性，可以通过开关操作实现高效能的功放。
D类功放的工作原理基于开关原理。
当PWM信号的占空比大于50%时，功放内部的开关管导通，输出为高电平；当占空比小于50%时，开关管截止，输出为低电平。
通过远高于音频频率的开关操作，可以实现高效的功放，大大提高了功放的能效。
D类功放的优点主要体现在以下几个方面：1.高能效：由于使用了PWM技术，D类功放在工作状态下的能效能够超过90%，远高于传统的A类、B类功放。
这意味着D类功放相同输入功率的情况下，会产生更小的热量和功耗。
2.体积小：D类功放无需采用大型散热器，因为功放的发热量相对较低，可以采用更小巧的散热器或者不采用散热器。
这样可以大大降低功放的体积和重量。
3.高输出能力：D类功放可以实现高达几百瓦的输出功率，适用于各种音频应用场景，如家庭影院、演唱会等。
4.高音质：D类功放经过数字信号处理器（DSP）的处理，可以对音频信号进行精确的调整和重构，大大提高音质。
由于PWM信号的高频特性，D类功放可以输出高频信号，并通过滤波器去除高频干扰，保证音质的清晰度和纯净度。
D类功放电路介绍入门
D类功放电路介绍入门一、D类功放电路的原理在D类功放电路中，输入音频信号首先经过低通滤波器对信号进行预处理，然后进入比较器进行PWM调制。
比较器根据音频信号的大小与参考电压进行比较，输出相应的PWM信号。
PWM信号经过滤波器进行平滑处理后，即可送入功率放大器输出。
功率放大器是D类功放电路的核心组成部分，它负责接收PWM信号并放大至适合驱动负载的电平。
由于PWM信号的高频特性，功率放大器可以采用开关管如MOSFET等，其开关速度远高于音频信号的频率，能够实现高效的功放输出。
二、D类功放电路的优点与传统的A类功放电路相比，D类功放电路具有以下几个显著的优点。
1.高效率：由于D类功放电路采用了开关管进行功率放大，功放工作时的功耗较低，电路效率可以达到90%以上。
这大大降低了功放的发热量和电能的浪费，使得功放电路更加节能环保。
2.小尺寸：D类功放电路相较于A类功放电路而言，在同样输出功率的情况下，体积更小。
这使得D类功放电路非常适合在有限空间内进行集成和应用，例如手机、车载音响等。
3.输出纹波低：由于PWM信号通过滤波器进行平滑处理，D类功放电路输出的音频信号纹波较小，音质更好，失真更低。
4.低成本：D类功放电路的实现非常简单，所需元件较少，制造成本较低。
这使得D类功放电路在市场上具有竞争力，广泛应用于各种音频设备中。
三、D类功放电路的应用1.音频放大器：D类功放电路能够实现高保真度的音频放大，广泛应用于家庭音响、舞台音响等领域。
2.汽车音响：D类功放电路由于小尺寸和低功耗的特点，广泛应用于汽车音响系统中，提供高质量的音频输出。
3.无线通信：D类功放电路在无线通信设备中的应用越来越广泛，如蓝牙音箱、无线麦克风等。
其高效率和小尺寸的特点，提供了长时间的无线使用时间和良好的音频输出效果。
4.工业控制：由于D类功放电路的高效率和可靠性，它也被用于工业自动化领域的控制电路中，如电机驱动、传感器信号放大等。
总结：D类功放电路是一种采用数字调制的功放电路，具有高效率、小尺寸、输出纹波低和低成本等优点。
D类功放电路介绍(入门基础精彩)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d 类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
d类功率放大电路
d类功率放大电路
D类功率放大电路，也称为开关放大电路，是一种非线性功率放大电路。
它的特点是输出信号在大部分时间处于两个离散的电平，只在输入信号变化时进行开关操作，从而有效地提高功率放大效率。
D类功率放大电路通常由一个开关管（如晶体管或MOSFET）和一个滤波电路组成。
输入信号经过比较器与参考电压进行比较，确定开关管的导通或关闭状态。
当输入信号大于参考电压时，开关管导通，输出电平为高电平，反之则为低电平。
由于开关管的导通或关闭状态只与输入信号的大小有关，而与输入信号的具体波形无关，所以D类功率放大电路能够适应各种输入信号波形。
D类功率放大电路的优点是具有高效率和低失真的特性。
由于输出信号只在开关管的导通或关闭状态下存在，且开关管通常具有较低的导通电阻和闭合电阻，因此在导通状态下的功率损耗很小，功率放大效率可以达到90%以上。
另外，由于D类功率放大电路在输出信号变化时只进行开关操作，没有线性放大阶段，所以失真较小，输出信号的波形保持原始输入信号的准确性。
然而，D类功率放大电路也存在一些缺点。
由于开关操作会产生开关噪声和高频谐波，需要通过滤波电路来抑制这些噪声和谐波。
另外，开关操作的速度较快，对开关管的驱动电路要求较高，增加了设计复杂度。
此外，D类功率放大电路对于低频信号的放大效果较差，通常需要辅助电路来提高低频响应。
总的来说，D类功率放大电路是一种高效率、低失真的功率放大电路，适用于音频放大、无线通信等领域。
D类功放电路介绍入门
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d 类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
D类功放电路介绍
D类功放电路介绍传统的音频功率放大器有A类、AB类、B类、C类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常AB类放大器的效率不会超过60%。
采用D类开关放大电路可明显提高功放的效率。
D类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的D类功放可提供200W输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
D类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进D类功放的性能还将有所提高。
另外，D类功放不存在交越失真。
D类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20kHz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的MOSFET，近年来又出现了集成前置驱动电路，如Harris公司的HIP4080，从而推动了D类功放的实用发展。
D类功放所用的MOSFET为N 沟道型，因为N型沟道MOSFET的导通损耗仅为相应规格的P沟道MOSFET 的1/3。
D类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的D类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比。
D类功放电路介绍(入门经典)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用发展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
D类功放电路介绍
D类功放电路介绍D类功放电路是一种高效率的功放电路，其名称源自于D（Digital）音频信号使用数字编码，通过PWM（Pulse Width Modulation）来调制输出波形。
D类功放电路由于其高效率和低功耗的特点，逐渐得到了广泛应用，尤其在便携式音频设备和汽车音响系统中得到了大量使用。
D类功放电路的基本原理是将输入信号进行数字编码，然后使用PWM 技术将数字信号转换为脉冲宽度可变的PWM信号，最后经过滤波电路得到与输入信号相同的模拟输出信号。
D类功放电路的核心是PWM模块，该模块负责将数字信号转换为PWM信号。
通常，在D类功放电路中，数字信号是由模数转换器（DAC）产生的。
DAC将模拟输入信号转换为数字信号，并经过数字处理器进行编码和处理，得到PWM信号。
PWM信号的脉冲宽度由数字信号的幅值决定，脉冲的周期由输入信号的频率决定。
D类功放电路的优点主要体现在高效率和低功耗方面。
相比于传统的A类、B类和AB类功放电路，D类功放电路的功耗更低，效率更高。
这是因为在D类功放电路中，输出级别只有两种，即高电平和低电平，不需要通过传统的功率输出级别来调整功率，因此功率损耗更小。
另外，由于D 类功放电路采用PWM技术，输出信号的失真较小，可以更精确地还原输入信号，因此音质更好。
除了高效率和低功耗之外，D类功放电路还具有体积小、重量轻、成本低等优点。
这使得D类功放电路特别适合在便携式音频设备和汽车音响系统中使用。
在便携式音频设备中，D类功放电路能够提供足够的音量输出，并且由于低功耗，可以延长电池的使用寿命。
在汽车音响系统中，D 类功放电路可以大大减小安装空间和散热问题，使得整个系统更加紧凑和可靠。
虽然D类功放电路具有许多优点，但也存在一些缺点。
其中最主要的缺点是输出信号的PWM调制频率可能会干扰到其他电子设备。
为了解决这个问题，需要在D类功放电路中增加输出滤波电路，以降低PWM调制频率的干扰。
此外，由于D类功放电路在调制过程中需要频繁地开关输出级，因此在低频段的输出波形可能会出现失真和噪声。
D类音频功放电路原理分析
D类音频功放电路原理分析D类音频功放电路原理分析【摘要】本文从电路的基本理论出发，结合相关电路图及波形对D类音频功放电路的组成、工作原理进行详细的分析和阐述。
【关键词】音频功放;调制器;低通滤波器D类音频功率放大器与A类、B类功率放大器相比它最大的优点是效率高，功率放大管工作在开关状态，在理想情况下电路的效率可以达到100%。
因此，有着广泛的应用。
D类音频功放电路由调制器、开关功率放大器及低通滤波器三部分电路组成，如图1所示，其工作原理是：音频信号经过调制器进行脉宽调制后转换成脉宽调制信号，脉宽调制信号由开关功率放大器进行放大，放大后的脉宽调制信号通过低通滤波器滤波后还原成放大了的音频信号送入扬声器。
图1 D类音频功放电路组成框图下面结合如图2所示D类音频功率放大电路，对其电路组成及工作原理进行分析。
电路中运放A1、A2、A3、A4及外围元件构成调制器，场效应管T1、T2构成开关功率放大器，电感L和电容C5构成低通滤波器。
图2 D类音频功率放大电路图3 方波与三角波变换波形图一、调制器调制器由三角波发生器、音频前置放大器、电压比较器三部分电路组成。
调制器的作用是将音频信号对三角波信号进行脉宽调制，产生脉宽调制信号。
其电路工作原理如下：1.三角波发生器三角波发生器由滞回电压比较器A1、积分电路A2组成，其中滞回电压比较器产生方波，方波通过积分电路转换成三角波。
滞回电压比较器由运放NE5532的A1，正反馈电路R1、R2，限幅电路R3、DZ构成，该电路产生幅值为±UZ=±6V的方波。
积分电路由运放A2、电阻R4和电容C1组成，积分电路将方波转换成三角波输出。
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°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
驱动功率管的调制信号为占空比随音频输入信号变化的方波，半桥驱动电路以相反的相位驱动两个功率管，一个导通时另一个截止。
采用方波驱动是为了使mosfet尽可能地改变工作状态，减少其处于线性放大区的时间，从而减少热损耗，提高效率。
该电路的效率主要取决于功率管的开关损耗和导通损耗。
输出滤波器将方波转变为放大的音频信号，推动扬声器发声。
图2为全桥驱动d类功放的原理简图。
全桥驱动电路中负载上的电压峰峰值两倍于电源电压，因而可用单电源代替半桥驱动电路中的双电源供电。
全桥驱动与半桥驱动电路工作原理相似，但采用了四个mosfet。
反馈网络中的滤波电路也有所不同，该电路中负载采用浮动接法，需要两个低通滤波器来消除载波。
四个功率管两两成对工作，为防止短路，驱动电路在关断一对功率管后过一段时间才开启另一对功率管。
全桥中的功率管只需承受半桥中一半的电压，其导通损耗比半桥电路要小，这是因为mosfet导通时的漏源电阻rds(on)与漏源电压bvdss不成线性关系，串联的两个mosfet总的rds(on)比bvdss增加一倍时单管的rds(on)小。
图２全桥驱动d类功放电路简图功率管的选择需要考虑以下几点：峰值工作电压、工作电流、开关速度、开关损耗、导通损耗。
峰值工作电压和电流决定了mosfet的规格，开关损耗、导通损耗及输出滤波损耗决定了输出级的效率。
计算公式如下例如，要在8ω负载上获得100w输出，vp为40v，ip为5a，考虑到工作电压应留25%的裕量，相应的mosfet规格为50v/5a。
选择内部包含一个具有较短反向恢复时间的二极管的mosfet可减小开关损耗，目前较快的反向恢复时间约100ns。
较低的工作频率、较小的栅—源电容及较高驱动能力的驱动电路都有助于减小开关损耗。
工作频率过低会使输出滤波器的设计变得困难，过高又会导致开关损耗增加并产生射频干扰及电磁干扰，因此选择工作频率时需要综合考虑。
解决了开关损耗问题之后，d类开关放大器的效率主要取决于功率管的导通损耗，换言之，选用rds(on)较小的mosfet可提高放大器的效率。
例如，mosfet的rds(on)为200mω，放大器效率比理想状态下降5%，公式如下δη=2xrds(on)/zl=0.4/8=0.05式中因子2对应于全桥驱动电路。
同样，当rds(on)为80mω时，效率损失只有2%，也就是说效率取决于器件的制造工艺。
图3所示为图2中反馈网络的电路，功率管输出信号经ic1c处理成为反馈信号，其幅值约为输出信号的1/11。
音频输入信号经缓冲放大器ic1b放大，与反馈信号一同送至积分器ic1a，经处理产生修正信号送图3中驱动ic的比较器反相输入端，从而产生调制输出。
图3中还有另一路反馈取自电流采样电阻，驱动ic据此对mosfet作过流保护。
图３全桥驱动d类功放反馈网络电路该放大器的输出采用了两个巴特沃斯滤波器为负载提供音频驱动电流，巴特沃斯滤波器保证了全频段内的平滑频响，可使放大器具有良好的动态响应。
图4中四结巴特沃斯滤波器的截止频率为30khz，对250khz载波的衰减为74db，增加阶数或降低截止频率可更有效地消除载波。
巴特沃斯滤波器工作时要求负载为恒定值，而扬声器在高频下将处于失控状态，因此扬声器两端并联了rc滤波网络补偿，以保证高频时电路的稳定。
图４截止频率为30khz的四阶巴特沃斯滤波器该放大器驱动4ω负载输出100w时，信号频率8khz以下的失真（thd+n）不到1%，如图5(a)所示，信号频率超过8khz时，放大器的非线性度增大，thd+n 也随之增加，在12khz处达到最大(2.8%)，超过12khz，输出滤波器开始发挥作用，thd+n 也随之下降。
在通常工作的小功率情况下，失真状况有所改善，输出10w时全频带范围内的thd+n小于1.2%，如图5(b)所示。
图５带四阶滤波器d类功放失真曲线失真特性通过滤波器及反馈网络的选择加以修改，以适应不同场合的要求。
反馈网络选用高素质的运放、修改补偿电路、提高三角波的线性度这几项措施均有助于降低失真和残余噪声。
在实际应用中，输出滤波器与扬声器的阻抗相匹配可降低放大器的闭环频响，改善放大器的失真特性。
在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。
认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。
但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。
B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。
所以，效率极高的D 类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。
由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不成问题。
而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。
D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。
无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。
工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。
理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。
这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。
在理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。
D类功放实际上只具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。
然而，开关功能（也就是产生数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。
20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。
一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。
其中关键的一步就是对音频信号的调制。
图1是D类功放的基本结构，可分为三个部分：图１D类功放基本结构第一部分为调制器，最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。
把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。
当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。
若音频输入信号为零、直流偏置三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。
当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。
这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（Pulse Width Modulation脉宽调制）或PDM（Pulse Duration Modulation脉冲持续时间调制）波形。
音频信息被调制到脉冲波形中。
{{分页}}第二部分就是D类功放，这是一个脉冲控制的大电流开关放大器，把比较器输出的PWM 信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。
能够输出的最大功率有负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。
第三部分需把大功率PWM波形中的声音信息还原出来。
方法很简单，只需要用一个低通滤波器。
但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。
当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来，见图2。
图２模拟D类功放工作原理D类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。
此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的开关响应和饱和压降。
由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。
另外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。
所以，饱和管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。
若干年前，这种高频大功率管的价格昂贵，在一定程度上限制了D类功放的发展。
现在小电流控制大电流的MOSFET已普遍运用于工业领域，特别是近年来UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上应用，器件的障碍已经消除。
调制电路也是D类功放的一个特殊环节。
要把20KHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200KHz。
频率过低达到同样要求的THD标准，对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂。
频率高，输出波形的锯齿小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器，造价相应降低。
但此时晶体管的开关损耗会随频率上升而上升，无源器件中的高频损耗、谢频的取肤效应都会使整机效率下降。
更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于1MHz。
同时，三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。
所以要实现高保真，出现了很多与数字音响保真相同的考虑。
还有一个与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。
该低通滤波器工作在大电流下，负载就是音箱。
严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。
实际证明，当失真要求在0.5%以下时，用二阶Butterworth最平坦响应低通滤波器就能达到要求。
如要求更高则需用四阶滤波器，这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。
近年来，一般应用的D类功放已有集成电路芯片，用户只需按要求设计低通滤波器即可。