d类功率放大器特点
高效率、低失真的D类音频功率放大器
厦门大学硕士学位论文高效率、低失真的D类音频功率放大器姓名：叶春晖申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：冯勇建20090501摘要半导体技术的进步重新唤起了人们对Ｄ类音频功放的兴趣，尤其体现在便携器件等消费电子产品中Ⅲ。
本文对双声道Ｄ类音频功率放大器进行研究，通过使用双边自然采样控制四个状态功率输出开关的脉宽调制技术极大降低了静态功耗，从而将低输入状态下的芯片的效率提高Ｎ９０％。
同时将谐波失真降至０．０３％．并且通过独特的二阶反馈环路增大系统带宽，使系统在２０赫兹ｊ！ｌＪ２００００赫兹的音频范围内具有平坦的响应曲线。
就此本文主要开展了以下研究工作：１．综合考虑器件成本和性能的要求，选取了现代公司的０．６Ｕｍ线宽标准工艺，在保证合理的成本和芯片面积的前提下得到最优化的效率以及相应的输出功率性能。
通过对输出级电路分析计算，确保芯片在该工艺条件下的运行安全性。
２．深入分析计算了以往各种采样技术的特点，设计了双边自然采样控制四个状态功率输出开关的脉宽调制技术作为Ｄ类音频信号调制器的核心技术，提高了系统线性度，极大降低了系统静态功耗。
３．设计独特的二阶反馈环路增大系统带宽。
建立传递函数模型，通过ＭＡＴＬＡＢ分析系统的线性与稳定性。
通过ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真，计算出系统的失真度。
４．设计并全差分结构的运算放大器作为组成音频信号调制器的核心放大器，以得到更高的集成度，并且不需要使用输入耦合电容对。
设计轨到轨的高反应速度的比较器作为脉宽高制信号发生器，从而将信号相移最小化，同时保证系统的稳定性。
５．完成包括Ｄ类音频调制器以及功率输出级在内的整个器件的所有具体电路设计与仿真验证；完成了器件的版图设计、后端生产以及性能测试。
所得到的产品在拥有高达９０％的效率与低至０．０３％的失真度，在效率与失真度方面性能优异，十分符合音频领域的应用要求。
该Ｄ类音频功率放大器的性能良好，拥有极高的效率以及低失真，同时还拥有占空间小，成本低的优势，适合于手机等便携式消费电子产品的音频应用，在国内处于领先地位，具有广泛的市场前景。
全桥d类功放
全桥d类功放
全桥D类功放是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM或PDM 的脉冲信号，然后用PWM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器。
它具有以下特点：
效率高：在多数应用和典型的音乐占空比中，D类放大器的平均效率大约是线性放大器的两倍。
体积小：D类功放的有效率高，体积相对较小。
输出功率大：全桥D类功放可以实现平衡输出，差分方式提供的输出信号是单端方式的两倍，并且输出功率是其四倍。
抑制电源噪声：全桥D类功放提供了更好的电源噪声抑制或PSRR，电源抑制比。
易于连接单极电源：全桥D类功放可以更容易地允许终端用户将放大器连接到单极电源，而不需要输出直流阻塞电容，并可能为设计者节省成本和双极电源的复杂性。
但需要注意的是，虽然利用D类放大器的低功耗优点有力推动其音频应用，但是有一些重要问题需要设计工程师考虑，例如晶体管尺寸的选择等。
同时，为了防止过热危险，需要温度监视控制电路。
D类功放的设计原理
D类功放的设计原理D类功放，全称为“数字功率放大器”，是一种电子功率放大器的类型，它的设计原理基于数字信号的处理和模拟功率放大电路的协同工作。
相比于传统的A类、B类、AB类功放，D类功放具有更高的功率效率，更小的尺寸和重量，更好的线性度，以及更低的功率损耗。
下面将详细介绍D类功放的设计原理。
1.PWM调制原理D类功放的核心设计原理是采用脉宽调制（PWM）技术。
PWM是一种通过调整信号的脉冲宽度来控制平均输出功率的方法。
D类功放通过将原始的模拟音频信号转换为数字信号，并通过比较器产生一个与模拟信号频率相同的矩形波，然后根据输入音频信号的幅值调整矩形波的脉宽，最后通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
2.数字信号处理D类功放的设计中需要进行数字信号处理。
首先，输入的模拟音频信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号的滤波、均衡、增益控制等处理，最后再经过数字模数转换器（DAC）转换回模拟信号。
3.比较器比较器是D类功放中的一个关键组件，用于将模拟音频信号与产生的PWM矩形波进行比较。
比较器的作用是根据输入信号的幅值调整PWM信号的脉宽，从而控制输出功率。
比较器通常由操作放大器和参考电压产生器组成。
4.滤波器在PWM调制之后，需要通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
滤波器的作用是去除PWM信号中的高频分量，保留音频信号的低频成分。
常见的滤波器类型包括低通滤波器和带通滤波器。
5.输出级D类功放的输出级通常采用开关管（如MOSFET）构成。
开关管的特点是具有较低的开通电阻和较高的关断电阻，从而实现更小的功率损耗和更高的功率效率。
输出级通常由多个开关管组成，根据功率需求可以并联或串联排列。
输出级的设计需要考虑电压和电流的控制，包括过电压和过电流的保护。
6.反馈控制为了提高D类功放的线性度和稳定性，通常需要采用反馈控制。
通过对输出信号与输入信号进行比较，调整PWM信号的脉宽和幅值，以使输出信号尽可能接近输入信号。
d类功放原理
d类功放原理D类功放原理。
D类功放（Class-D Amplifier）是一种高效率的功率放大器，它利用数字调制技术将音频信号转换成脉冲宽度调制（PWM）信号，然后通过功率开关器件进行放大。
与传统的A类、B类功放相比，D类功放具有更高的效率和更小的体积，因此在音响设备、汽车音响和无线通信等领域得到了广泛的应用。
D类功放的工作原理可以简单地分为两个部分，信号调制和功率放大。
首先，音频信号经过模数转换器（ADC）转换成数字信号，然后经过数字信号处理器（DSP）进行数字调制，将其转换成PWM信号。
PWM信号的脉冲宽度与音频信号的幅度成正比，频率与音频信号的频率相同。
这样就实现了对音频信号的数字化处理。
接下来，PWM信号通过功率开关器件（如MOSFET、IGBT）控制输出级的功率开关，将电源电压施加在负载上，从而实现对音频信号的功率放大。
在输出级，PWM信号经过滤波器进行滤波处理，去除高频成分，得到原始的音频信号。
最后，经过放大器输出到扬声器或其他负载上。
D类功放相比传统的A类、B类功放具有很多优点。
首先，D类功放的效率非常高，通常可以达到90%以上，而A类、B类功放的效率只有50%左右。
这意味着D类功放在同样输出功率下，可以减少很多功率损耗，从而减小散热器的尺寸和成本。
其次，D类功放的失真度较低，因为功率开关器件的开关速度非常快，可以更准确地跟随音频信号的变化，减少失真。
此外，D类功放的体积小、重量轻，适合于便携式音响设备和汽车音响系统的应用。
然而，D类功放也存在一些缺点。
首先，由于功率开关器件的开关频率较高，会产生一定的高频谐波，需要进行滤波处理，增加了设计的复杂度。
其次，功率开关器件的开关损耗会产生一定的电磁干扰，需要进行屏蔽和抑制。
另外，D类功放对电源的要求较高，需要较为稳定的直流电源，以保证输出的音频质量。
总的来说，D类功放作为一种高效率、高保真度的功率放大器，已经成为现代音响设备和汽车音响系统的主流选择。
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。
因功率管大局部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%，而且经过改良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表达其优越性。
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类功放的实用开展。
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、开关驱动电路与输出滤波器组成，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应信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比拟器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进展调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反应应取自低通滤波器之前，否那么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。
功率放大电路的分类及特点分析
功率放大电路的分类及特点分析1.B类功率放大电路B类功率放大电路是最常见的功率放大电路之一，特点是具有较高的效率和较大的输出功率。
该电路的工作原理是通过将输入信号分成正半周期和负半周期，并分别由两个互补的输电子管进行放大，然后将两个输出信号进行合并得到最终的输出信号。
由于每个输电子管只工作在一个半周期中，因此可以减小非线性失真，提高效率。
但是B类功率放大电路的缺点是存在交越失真，即输出信号在从负半周期切换到正半周期时可能产生的畸变。
2.A类功率放大电路A类功率放大电路是一种线性的功率放大电路，特点是输出信号与输入信号具有相同的波形。
该电路通过电压放大器和功率放大器的级联来实现。
由于工作在线性区域，A类功率放大电路可以提供极低的失真和良好的信号质量，但相对于B类功率放大电路而言，效率较低。
3.AB类功率放大电路AB类功率放大电路综合了A类和B类功率放大电路的优点，是一种常用的功率放大电路。
该电路结合了A类电路的线性扭矩和B类电路的高效能，可以提供较高的效率和较低的失真。
AB类功率放大电路一般采用两个输电子管，一个在正半周期工作，一个在负半周期工作，通过分别放大两个半周期的输入信号然后进行合并得到最终的输出信号。
4.D类功率放大电路D类功率放大电路是一种特殊的功率放大电路，特点是具有极高的效率和低的功耗。
该电路的工作原理是将输入信号转换为脉冲信号，即将连续的输入信号转换为高频的脉冲信号，然后通过对脉冲信号进行调制和滤波得到最终的输出信号。
D类功率放大电路的优点是功率转换效率高，适用于对功率效率要求较高的应用场合。
但是该电路的缺点是输出信号的失真较大，需要通过合适的滤波器进行处理。
总结起来，功率放大电路根据工作原理和应用特点的不同可以分为几种不同的类别，每种类别都有自己的优点和局限性。
在选择合适的功率放大电路时，需要根据具体的应用需求和限制条件来进行选择。
D类功率放大器
探讨D类功率放大器摘要：我国经济的飞速发展，丰富了居民物质生活需要，一些家电用品在科学技术的飞速带动下，其更新速度越变越快。
在音频这快速发展的这几十年里，各种技术类型的音频功率放大器充斥着市场，先有a类，后有b类，而后就是ab类的音频功率放大器。
同时在居民对音响效果的追求，科学技术也在这方面发展，d类功率放大器正成为消费者首选。
d类功率放大器具有比较多的优点，其功耗低，产生的热量也比较少，一方面还可以节省许多的印制电路板的面积与制造成本，另一方面可以有效的延长该器械中的电池寿命。
d类功率放大器的原理是透过控制开关的单元中的on/off，在此基础上，比较好的驱动其内部的扬声器的放大器。
由于d类功率放大器的发展历程短，其系统与音频质量还需提高。
本文从d类功放的发展背景、诞生的缘由、功率放大器的基本组成等方面叙述，在此基础上，探讨传统功放与d类功放的比较。
关键词：音频领域；印制电路板；音响效果；扬声器；功耗低家庭影院自上世纪80年代兴起后，现代的家庭影音系统开始有着质的飞跃，可以在瞬间得到众多观众的喜爱，尤其在年轻一代中广受欢迎，并且飞速的进入消费者的家中。
随着信息技术的发展，家庭影音系统正在这些技术的带动下，其技术质量、音响效果等越来越受完美，许多电子技术的爱好者也希望能够自己独立完成按照自己意愿设计的家庭影音系统，这一逐渐成为社会年轻人的一大发展趋势。
一、d类功率放大器的概述几十年在音频领域中，a类，b类，ab类音频功率放大器一直占据统治地位。
音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、晶体管到集成电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程：电路形成从变压器输出到otl、ocl、btl的形式过程。
其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。
全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。
迫使人们开发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其它数字化设备相连接的特点。
d类功放与g类功放
d类功放与g类功放
D类功放和G类功放都是音频功放的类型，它们在音频放大领
域有着不同的特点和应用。
首先来看D类功放，D类功放是数字功率放大器的一种，它的
工作原理是通过对输入信号进行脉冲宽度调制（PWM），然后经过滤
波器滤除掉高频脉冲，最终得到模拟信号输出。
D类功放的优点是
效率高，能够在不牺牲音质的情况下实现较高的功率输出，因此在
功率放大器中得到了广泛的应用。
另外，D类功放还具有体积小、
发热低等特点，适合于一些对功率和体积有要求的应用场合。
而G类功放则是混合功率放大器的一种，它结合了A类功放和
H类功放的特点，能够在保持音质的前提下提供较高的效率。
G类功
放在信号的低功率部分采用A类放大技术，而在高功率部分则采用
H类放大技术，这样既能保证音质，又能提高功率放大的效率。
因此，G类功放在音频放大领域也备受青睐，尤其在高保真音响系统
中得到广泛应用。
总的来说，D类功放和G类功放都是现代音频放大技术的代表，它们分别以高效率和高保真著称，并且在不同的应用场合都有着广
泛的应用前景。
在选择使用哪种类型的功放时，需要根据具体的应用需求和预算来进行综合考虑，以选取最适合的方案。
d类功放并联
d类功放并联标题：D类功放并联引言：D类功放是一种高效的功率放大器，具有高效率和低失真的特点。
在某些应用场景中，我们需要增加输出功率，这时可以使用D类功放并联的方法。
本文将介绍D类功放并联的原理、实现方法以及应用案例。
一、D类功放的原理D类功放是一种脉冲宽度调制（PWM）放大器，其工作原理是将音频信号转化为脉冲信号，通过调节脉冲的宽度和频率来实现信号的放大。
D类功放的优点是功率转换效率高，但单个功放的输出功率有限。
二、D类功放并联的原理D类功放并联是通过将多个D类功放器件并联连接，使它们同时工作，以增加整体的输出功率。
并联连接的功放器件可以分担负载，从而实现更高的输出功率。
三、D类功放并联的实现方法1. 电路连接：将多个D类功放器件的输出端连接在一起，并将它们的输入端与同一音频源相连。
2. 控制信号同步：通过同步电路，确保多个功放器件的脉冲信号同步，以避免相位差和失真。
3. 负载均衡：使用负载电阻、电感等元件，确保多个功放器件的输出功率均衡分配，提高系统的稳定性。
四、D类功放并联的应用案例1. 家庭影院系统：通过D类功放并联，可以实现更高的音响输出功率，提供更震撼的影音效果。
2. 演出场所：在大型演出场所，通过D类功放并联可以满足高音量的要求，确保音乐的传达效果。
3. 车载音响系统：通过D类功放并联，可以提供更强大的音响输出，增强车载音响的音质和音量。
结论：D类功放并联是一种有效的方式来增加功放输出功率。
通过合理的电路连接和控制信号同步，可以实现多个功放器件的协同工作，提供更高的输出功率。
D类功放并联在家庭影院、演出场所和车载音响等应用中具有重要意义，可以提供更好的音响效果和体验。
甲类乙类甲乙类D类功放比较
甲类,乙类,甲乙类,D类功放比较甲类、乙类、丙类功率放大器的特点甲类功率放大器，是指当输入信号较小时，在整个信号周期中，晶体管都工作于它的放大区，电流的导通角为180度，适用于小信号低频功率放大，且静态工作点在负载线的中点。
乙类功率放大是指其集电极电流只能在半个周期内导通，导通角为90度。
丙类功率放大是指其集电极电流导通时间小于半个周期的放大状态，导通角小于90度，丙类工作状态的输出功率和效率是三种工作状态中最高的。
低频功率放，其负载是阻性，只能在甲类或甲乙类（丙类）推挽工作，高频谐振攻放，工作在丙类。
1、A类功放（又称甲类功放）A类功放输出级中两个（或两组）晶体管永远处于导电状态，也就是说不管有无讯号输入它们都保持传导电流，并使这两个电流等于交流电的峰值，这时交流在最大讯号情况下流入负载。
当无讯号时，两个晶体管各流通等量的电流，因此在输出中心点上没有不平衡的电流或电压，故无电流输入扬声器。
当讯号趋向正极，线路上方的输出晶体管容许流入较多的电流，下方的输出晶体管则相对减少电流，由于电流开始不平衡，于是流入扬声器而且推动扬声器发声。
A类功放的工作方式具有最佳的线性，每个输出晶体管均放大讯号全波，完全不存在交越失真（Switching Distortion），即使不施用负反馈，它的开环路失真仍十分低，因此被称为是声音最理想的放大线路设计。
但这种设计有利有弊，A类功放放最大的缺点是效率低，因为无讯号时仍有满电流流入，电能全部转为高热量。
当讯号电平增加时，有些功率可进入负载，但许多仍转变为热量。
A类功放是重播音乐的理想选择，它能提供非常平滑的音质，音色圆润温暖，高音透明开扬，这些优点足以补偿它的缺点。
A类功率功放发热量惊人，为了有效处理散热问题，A类功放必须采用大型散热器。
因为它的效率低，供电器一定要能提供充足的电流。
一部25W的A 类功放供电器的能力至少够100瓦AB类功放使用。
所以A类机的体积和重量都比AB类大，这让制造成本增加，售价也较贵。
D类数字功率放大器
3.3 D类数字功放D类功放也叫丁类功放;是指功放管处于开关工作状态的功率放大器..早先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A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾..后来效率较高的B类功放得到广泛的应用;然而;虽然效率比A类功放提高很多;但实际效率仍只有50%左右;这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;如今效率极高的D类功放;因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视;并得到广泛的应用..3.3.1 D类功放的特点与电路组成1．D类功放的特点1效率高..在理想情况下;的效率为100%实际效率可达90%左右..B类功放的效率为78.5%实际效率约50%;A类功放的效率才50%或25%按负载方式而定..这是因为的放大元件是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..2功率大..在D类功放中;功率管的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;输出功率可达数百瓦..3失真低..D类功放因工作在开关状态;因而功放管的线性已没有太大意义..在D类功放中;没有B类功放的交越失真;也不存在功率管放大区的线性问题;更无需电路的负反馈来改善线性;也不需要电路工作点的调试..4体积小、重量轻..D类功放的管耗很小;小功率时的功放管无需加装体积庞大的散热片;大功率时所用的散热片也要比一般功放小得多..而且一般的D类功放现在都有多种专用的IC芯片;使得整个D类功放电路的结构很紧凑;外接元器件很少;成本也不高..2．D类功放的组成与原理D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器..电路结构组成如图3.22所示..图3.22 D类功放的组成其中第一部分为PWM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;另外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时;因其直流偏置为三角波峰值的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；音频信号的负半周期间;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PWMPulse Width Modulation脉宽调制或PDMPulse 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;脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度成正比..第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器..它的作用是把比较器输出的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由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定..第三部分为由LC网络构成的低通滤波器..其作用是将大功率PWM波形中的声音信息还原出来..利用一个低通滤波器;可以滤除PWM信号中的交流成份;取出PWM信号中的平均值;该平均值即为音频信号..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..D类功放的工作原理见图3.23..a原理简图 b工作波形图3.23D类功放原理图对于数字音频信号输入时;经数字内插滤波器和等比特调制器后;即可得到脉冲宽度与数字音频的采样点数据成正比的PWM信号..其中数字内插滤波器是在数字音频信号的数据之间再插入一些相关联的数据;以内插方式提高数字音频信号的采样点数采样频率;等比特调制器是将数字信号的数据大小转换为脉冲的宽度;使输出信号的脉冲宽度与输入数据的大小成正比..3．D类功放的要求1对功率管的要求..D类功放的功率管要有较快的开关响应和较小的饱和压降..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;更重要的是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;管子的饱和压降小不但效率高;且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;限制了D类功放的发展;现在小电流控制大电流的MOSFET已在Hi-Fi功放上得到广泛应用..2对PWM调制电路的要求..PWM调制电路也是的一个特殊环节;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三角波的频率应在音频信号频率的10~20倍以上..当频率过低时要达到同样要求的THD总谐波失真标准;则对无源LC低通滤波器的元件要求就高;结构复杂..如果三角波的频率高;输出波形的锯齿小;就能更加接近原波形;使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构成低通滤波器;造价相应降低..但是;晶体管的开关损耗会随频率的上升而上升;无源器件中的高频损耗、射频的聚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..而在实际的中小功率D类数字功放中;当三角波的频率达到500kHz以上时;也可以直接由扬声器的音圈所呈现的电感来还原音频信号;而不用另外的LC低通滤波器..另外在PWM调制器中;还要注意到调制用的三角波的形状要好、频率的准确性要高、时钟信号的抖晃率要低;这些参数都会影响到后面输出端由LPF所复原的音频信号的波形是否与输入端的原音频信号的波形完全相同;否则会使两者有差异而产生失真..3对低通滤波器的要求..位于驱动输出端与负载之间的无源LC低通滤波器也是对音质有重大影响的一个重要因数..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;一般应用的已有集成电路芯片;用户只需按要求设计低通滤波器即可..4D类功放的电路保护..D类功率放大器在电路上必须要有过电流保护及过热保护..此二项保护电路为D类功率IC或功率放大器所必备;否则将造成安全问题;甚至伤及为其供电的电源器件或整个系统..过电流保护或负载短路保护的简单测试方法：可将任一输出端与电源端Vcc或地端Ground 短路;在此状况下短路保护电路应被启动而将输出晶体管关掉;此时将没有信号驱动喇叭而没有声音输出..由于输出短路是属于一种严重的异常现象;在短路之后要回到正常的操作状态必需重置Reset放大器;有些IC则可在某一延迟Delay时间后自动恢复..至于过热保护;其保护温度通常设定在150°~160°C;过热后IC自动关掉输出晶体管而不再送出信号;待温度下降20°C~30°C之后自动回复到正常操作状态..5D类功放的电磁干扰..D类功率放大器必须要解决AB类功率放大器所没有的EMIElectro Magnetic Interference;电磁干扰问题..电磁干扰是由于D类功率放大器的功率晶体管以开关方式工作;在高速开关及大电流的状况下所产生的..所以D类功放对电源质量更为敏感..电源在提供快速变化的电流时不应产生振铃波形或使电压变化;最好用环牛变压器供电;或用开关电源供电..此外解决EMI的方案是使用LC电源滤波器或磁珠bead滤波器以过滤其高频谐波..中高功率的D类功率放大器因为EMI太强目前采用LC滤波器来解决;小功率则用Bead处理即可;但通常还要配合PCB版图设计及零件的摆设位置..比如;采用D类放大器后;D类放大器接扬声器的线路不能太长;因为在该线路中都携带着高频大电流;其作用犹如一个天线辐射着高频电磁信号..有些D类放大器的接线长度仅可支持2cm;做得好的D类放大器则可支持到10cm..3.3.2 D类功放实例下面以荷兰飞利浦公司生产的TDA8922功放芯片为例;对D类功放电路进行介绍..TDA8922是双声道、低损耗的D类音频数字功率放大器;它的输出功率为2×25W..具有如下特点：效率高可达90%;工作电压范围宽电源供电±12.5V~±30V;静态电流小最大静流不超过75mA;失真低;可用于双声道立体声系统的放大SE接法;Single-Ended或单声道系统的放大BTL接法;Bridge-Tied Load;双声道SE接法的固定增益为30dB;单声道BTL接法的固定增益为36dB;输出功率高典型应用时2×25W;滤波效果好;内部的开关振荡频率由外接元件确定典型应用为350kHz;并具有开关通断的“咔嗒/噼噗”噪声抑制;负载短路的过流保护;静电放电保护;芯片过热保护等功能..广泛应用于平板电视、汽车音响、多媒体音响系统和家用高保真音响设备等..1．内部结构与引脚功能TDA8922的内部结构如图3.24所示;包含两个独立的信号通道和这两个通道共用的振荡器与过热、过流保护及公共偏置电路..每个信号通道主要包括脉宽调制和功率开关放大两个部分..图3.24 TDA8922内部结构1脉宽调制..输入的模拟音频信号经电压放大后;与固定频率的三角波相比较;全部音频信息被调制在PWM 信号的宽度变化中..三角波的产生由压控振荡器实现;三角波的频率由7脚外接的RC定时元件确定..比较器是一个带锁相环的脉宽调制电路;调制后的电路与功率输出级的门控电路相连;地线被连接到公共地端..当音频信号幅度大于三角波信号幅度时;比较器输出高电平;反之;比较器输出低电平..PWM 信号是一个数字脉冲信号;其脉宽的变化反映音频信号的全部信息..脉冲信号的高、低电平控制两组功率管的通/断;高/低两值之间的转换速度决定两组功率管之间的通/断的转换时间..电路中采用触发器来调整比较器输出的波形;通过快速转换使输出波形得到明显的改善..2功率开关放大..功率开关放大部分由门控电路、高电平与低电平驱动电路、MOSFET功率管所组成..门控电路用于输出级的功率开关管在开关工作时的死区校正;防止两个MOSFET管在交替导通的瞬间的穿透电流所引起的无用功耗;因为在高频开关工作时;需要分别将两个MOSFET管的截止时间提前而将导通时间滞后;防止两个管子在交替导通的瞬间同时导通而产生贯通电流;这一贯通电流是从正电源到负电源直通而不流向负载的..PWM 信号控制着MOSFET功率管的通/断;驱动扬声器发声..开关功率管集成在数字功率IC内;有利于缩小整个功放的体积;降低成本;提高产品竞争力..在输出端与高电平驱动器之间接有自举电容;用于提高在上管导通期间的高电平驱动器送到上管栅极的驱动电平;保证上管能够充分导通..3工作模式选择与过热过流保护电路..TDA8922芯片中除了每个声道中的脉宽调制与功率开关放大电路外;还有工作模式选择与过热保护与过流保护..6脚为工作模式选择端;当6脚外接5V电源时为正常工作模式;此时D 类功放各电路正常工作；当6脚接地0V时为待机状态;此时芯片内的主电源被切断;主要电路都不工作;整机静态电流极小；当6脚电平为电源电压的一半约2.5V时为静音状态;此时各电路都处于工作状态;但输入级音频电压放大器的输出被静音;无信号输送到扬声器而无声..过热保护与过流保护是通过芯片温度检测和输出电流检测来实现的..当温度传感器检测到芯片温度>150 oC时;则过热保护电路动作;将MOSFET 功放级立即关闭；当温度下降至约130 oC时;功放级将重新开始切换至工作状态..如果功放输出端的任一线路短路;则功放输出的过大电流会被过流检测电路所检出;当输出电流超过最大输出电流4A时;保护系统会在1μs 内关闭功率级;输出的短路电流被开关切断;这种状态的功耗极低..其后;每隔100毫秒系统会试图重新启动一次;如果负载仍然短路;该系统会再次立即关闭输出电流的通路..除过热过流保护外;芯片内还有电源电压检测电路;如果电源电压低于±12.5伏;则欠压保护电路被激活而使系统关闭；如果电源电压超过±32伏;则过压保护电路会启动而关闭功率级..当电源电压恢复正常范围±12.5V~±32V时;系统会重新启动..4输出滤波器..输出滤波器的用途是滤除PWM 信号中的高频开关信号和电磁干扰信号; 降低总谐波失真..LPF参数的选择与系统的频率响应和滤波器的类型有关..音频信号的频率在20Hz～20 kHz;而开关脉冲信号和电磁干扰信号的频率都远大于音频信号频率;因此LPF所用的LC元件参数;可选择在音频通带内具有平坦特性的低通滤波器..TDA8922包含两个独立的功率放大通道;这两个独立的通道可接成立体声模式;也可接成单声道模式..立体声模式采用SESingle-Ended接法;如图3.24所示;L、R输入的模拟音频信号分别送入各自声道的输入端;L、R扬声器分别接在各自声道输出端的LPF上;从而构成立体声放音系统；单声道模式采用平衡桥式BTL接法;如图3.25所示;此时两个通道的输入信号的相位相反;扬声器直接跨接在两个通道的输出端;此时扬声器获得的功率可增加一倍6dB..图3.25 TDA8922用于单声道的BTL接法TDA8922TH各引脚的功能如表3.2所示..表3.2TDA8922各引脚功能2．典型应用电路TDA8922的典型应用电路如图3.26所示..图3.26 TDA8922的典型应用电路当将TDA8922用于双声道立体声的D类数字功放时;左、右声道的模拟音频信号分别加至输入端的in1和in2..左、右声道的扬声器采用SE接法;分别接在各自声道功放输出端的LPF后与地之间;扬声器的阻抗选用4Ω;此时输入端的4个开关的状态为：J1和J2处于接通状态;J3和J4处于断开状态..两个声道各自独立..当将TDA8922用于单声道的D类数字功放时;电路采用平衡桥式接法BTL..单声道模拟音频信号加在in1或者in2端子上;此时输入端的4个开关设置状态为：J1和J2处于断开状态;J3和J4处于接通状态;两个声道输入端所加的模拟音频信号的相位正好相反..功放输出端的扬声器选用8Ω;直接跨接在双声道功放输出端LPF的两端;构成BTL的接法..正常工作时;6脚的模式选择开关置于“on”位置;即6脚接在5.6V的稳压源上..。
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类放大电路
d类放大电路d类放大电路是一种常用的电子放大器电路，用于放大电信号的幅度。
d类放大电路具有高效率、小体积和低功耗的优点，因此广泛应用于音频放大、功率放大和无线通信等领域。
本文将对d类放大电路的原理、特点、应用以及设计要点进行详细介绍。
一、原理d类放大电路是一种将输入信号转换为脉冲信号的电路，通过对脉冲信号进行滤波和放大，实现对输入信号的放大。
其工作原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 输入信号经过一个比较器，将其转换为脉冲信号；2. 脉冲信号经过低通滤波器，去除高频噪声；3. 脉冲信号经过驱动电路，驱动功率放大器；4. 功率放大器将脉冲信号放大，并输出到负载。
二、特点1. 高效率：d类放大电路在放大电信号时，输出管件的导通时间较短，因此功率损耗较小，效率较高；2. 小体积：由于d类放大电路使用了脉冲信号，可以采用集成电路实现，从而大大减小了电路的体积；3. 低功耗：由于d类放大电路的高效率特点，其功耗较低，适用于电池供电的场合；4. 低失真：d类放大电路在信号放大过程中，采用了脉冲信号，使得输出信号失真较小。
三、应用d类放大电路由于其特点的优势，广泛应用于各个领域：1. 音频放大：d类放大电路在音频放大器中得到了广泛应用，可以实现对音频信号的放大，并保持音质的高保真；2. 功率放大：d类放大电路可以实现对功率信号的放大，适用于功率放大器等场合；3. 无线通信：d类放大电路在无线通信设备中，可以实现对射频信号的放大，提高通信距离和传输质量。
四、设计要点设计d类放大电路时需要考虑以下几个要点：1. 选择合适的比较器：比较器的性能直接影响到d类放大电路的输入信号转换效果，应选择响应速度快、失调小的比较器；2. 选择合适的滤波器：滤波器的作用是去除脉冲信号中的高频噪声，应选择带宽适中的低通滤波器；3. 选择合适的驱动电路：驱动电路的作用是将脉冲信号驱动功率放大器，应选择输出能力强、响应速度快的驱动电路；4. 选择合适的功率放大器：功率放大器的选型应根据输出功率要求和负载特性进行选择，同时考虑功率放大器的效率和失真率。
D类音频功率放大器分析
D类音频功率放大器分析D类音频功率放大器是一种高效的功率放大器，主要用于音频设备中提供高功率输出。
它的工作原理是在输入信号的周期性周期内，对电流进行开关调制，从而将信号通过高频开关电路进行放大。
与传统的A类、B类和AB类功率放大器相比，D类功率放大器具有更高的效率和较低的功耗。
D类音频功率放大器的基本结构包括输入级、放大级和输出级。
输入级主要负责将信号转换为宽幅脉冲，并将其输入到放大级中。
放大级中的高频电路将宽幅脉冲进行放大，并通过输出级输出到负载上。
输出级一般由功率MOSFET管组成，可以提供高功率输出。
D类音频功率放大器的工作周期包括两个状态：导通状态和截止状态。
在导通状态下，输入信号的正半周期会导致功率MOSFET管导通，负半周期则关断。
而在截止状态下，则正负半周期都会导致功率MOSFET管全部关断。
相比于传统的A类、B类和AB类功率放大器，D类功率放大器具有以下优点：1.高效率：由于D类功率放大器工作在开关状态，其功率损耗相对较小。
因此，其效率可以达到70%以上，远高于传统的功率放大器。
2.低功耗：由于高效率的特性，D类功率放大器的功耗相对较低。
这对于移动设备和电池供电的设备来说非常重要，可以延长电池使用时间。
3.尺寸小巧：D类功率放大器的尺寸相对较小，可集成到小型音频设备中，使其紧凑且易于携带。
4.低发热量：由于功率损耗较小，D类功率放大器产生的热量也相对较少。
这有助于减少设备散热需求，提高设备的可靠性。
然而，D类功率放大器也存在一些缺点：1.输出质量：由于开关调制的特性，D类功率放大器在放大音频信号时，很难完全重现输入信号的准确细节。
这可能导致一些畸变和噪音。
2.上电启动时间：由于开关电路的特性，D类功率放大器在上电启动时需要一定的时间来建立输出电压。
这可能导致一些短暂的音频延迟。
3.EMI干扰：由于高频开关电路的存在，D类功率放大器可能会引入一些电磁干扰（EMI），对周围的其他设备产生不良影响。
d类功放 增益
d类功放增益
D类功放，也称为数字功放，是一种电子放大器技术，采用数字信号处理和PWM调制来实现信号放大。
与传统的A/B类功放相比，D类功放具有高效率、低功耗和小尺寸等优点。
D类功放的增益通常是通过数字信号处理芯片来控制。
数字信号处理器可以接收音频输入信号，并将其数字化和处理。
在数字处理过程中，可以根据需要进行增益调整，以控制输出信号的大小。
增益调整可以通过软件或硬件来实现，具体操作方法因产品而异。
D类功放通常具有较大的增益范围，可以根据实际需求进行调整。
增益的调整可以通过用户界面、遥控器或其他控制方式来完成。
在调整增益时，需要注意不要超过功放的额定输出功率，以避免过载和失真。
在使用D类功放时，建议根据实际的音频输入信号和输出需求，仔细调整增益，以获得最佳的音频效果。
此外，还需注意保持信号的动态范围，避免过度增益导致音频失真或损坏扬声器等问题。
不同的D类功放产品可能有不同的增益控制方式和调整范围，因此在使用时需要参考具体产品的说明书或咨询相关技术支持。
音频功率放大器d类音频功放ic的原理及特点
[音频功率放大器] D类音频功放IC的原理及特点2010-12-29 23:10:12| 分类：默认分类 | 标签：效率功放 mosfet 音频信号|字号订阅D类音频功放IC的原理及特点1 D类音频功放IC系统结构D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET 电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。
流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声，如图1所示。
2 调制级(PWM-Modulation)调制级就是A／D转换，对输入模拟音频信号采样，形成高低电平形式数字PWM信号。
图2中，比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。
在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。
这是D类功放核心之一，必须要求三角波线性度好，振荡频率稳定，比较器精度高，速度快，产生的PWM方波上升、下降沿陡峭，深入调制措施参见文献[2]。
3 全桥输出级输出级是开关型放大器，输出摆幅为VCC，电路结构如图3所示。
将MOSFET等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET 基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％，但考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗，整体转换效率一般可达90％左右。
因为转换效率很高，所以芯片本身消耗的热能小，温升也才很小，完全可以不考虑散热不良，因此被称为绿色能效D类功放。
对全桥,进一步减小导通损耗，要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。
选取低开关频率和栅源电容小的MOSFET，加强前置驱动器的驱动能力。
4 LPF低通滤波级LPF滤波器可消除PWM信号中电磁干扰和开关信号，提高效率，降低谐波失真，直接影响放大器带宽和THD，必须设置合适截止频率和滤波器滚降系数，以保证音频质量。
d类功放内部结构
d类功放内部结构【原创实用版】目录1.D 类功放的基本概念2.D 类功放的内部结构3.D 类功放的工作原理4.D 类功放的优缺点正文D 类功放，全称为数字类功放，是一种基于数字技术的音频放大器。
相较于传统的 A 类、B 类和 AB 类功放，D 类功放在能耗、体积和音质等方面具有明显的优势。
下面，我们来详细了解一下 D 类功放的内部结构、工作原理以及优缺点。
一、D 类功放的内部结构D 类功放的内部结构主要包括输入级、PWM（脉宽调制）控制器、功率放大器和输出级四个部分。
1.输入级：输入级负责接收音频输入信号，并将其转换为数字信号。
一般采用高速运放或差分对结构，以提高输入信号的抗干扰性和信噪比。
2.PWM 控制器：PWM 控制器是 D 类功放的核心部分，它根据输入级传来的数字信号，生成相应的脉宽调制信号。
这种信号可以驱动功率放大器工作，从而放大音频信号。
3.功率放大器：功率放大器是 D 类功放的能量输出部分，它接收 PWM 控制器生成的脉宽调制信号，并将其转换为高频脉冲信号。
这个信号经过放大后，可以驱动扬声器发出声音。
4.输出级：输出级负责将功率放大器产生的高频脉冲信号转换为音频信号，并驱动扬声器发声。
一般采用滤波器或 LC 谐振回路等结构，以降低输出信号的失真和噪声。
二、D 类功放的工作原理D 类功放的工作原理主要基于脉宽调制技术。
在音频信号的整个周期内，根据输入信号的幅度大小，PWM 控制器生成不同宽度的脉冲信号。
这些脉冲信号经过功率放大器放大后，驱动扬声器发声。
由于 D 类功放的工作方式，使得其具有较高的能效和较小的体积。
三、D 类功放的优缺点1.优点：D 类功放具有较高的能效，相比传统功放可以节省超过 50% 的电能；体积小，便于携带和安装；在相同的电能消耗下，D 类功放可以产生更大的输出功率；音质较好，失真度低。
2.缺点：D 类功放的输出阻抗较高，可能影响音质；在某些应用场景下，D 类功放的动态范围有限；PWM 控制器的设计和制作难度较高，成本相对较高。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
d类功率放大器特点
D类功率放大器是一种高效率的功率放大电路，主要用于对高功率信号进行放大。
它的特点是具有高效率、低失真、小尺寸、低成本和高稳定性等优点。
D类功率放大器的高效率是其最显著的特点之一。
传统的A类功率放大器在工作过程中会产生较大的静态功率损耗，而D类功率放大器通过不同的工作方式，使得输出功率信号的平均功率损耗大大降低。
这是因为D类功率放大器在放大过程中，只有输入信号大于某个阈值时，才会开启功率放大器进行放大，而在其余时间内功率放大器处于关断状态，从而大大减少了功率损耗。
D类功率放大器具有较低的失真。
传统的A类功率放大器在放大过程中，由于电流和电压都是连续变化的，会产生较大的非线性失真。
而D类功率放大器采用开关式工作方式，只需要对输入信号进行开关控制，从而有效降低了失真程度。
此外，D类功率放大器还可以通过一些技术手段，如负反馈、预失真等来进一步降低失真。
第三，D类功率放大器具有较小的尺寸。
由于D类功率放大器具有高效率和较低的功率损耗，因此可以采用较小的散热器和功率器件，从而使整个功率放大器的尺寸变小。
这对于一些对空间要求较高的应用场景，如便携式音箱和车载音响等非常有利。
第四，D类功率放大器具有较低的成本。
由于D类功率放大器采用
的器件和散热系统相对较小，而且由于其高效率特点，使得其在制造成本上有一定的优势。
这使得D类功率放大器的成本较低，更加适合大规模生产和应用。
D类功率放大器具有较高的稳定性。
由于D类功率放大器采用开关式工作方式，输出信号的稳定性主要取决于开关控制电路的设计和实现。
在现代电子技术的支持下，可以通过采用精确的控制电路和反馈机制，使D类功率放大器具有较高的稳定性，能够在不同的工作条件下保持较好的放大性能。
D类功率放大器具有高效率、低失真、小尺寸、低成本和高稳定性等特点。
它在音频放大、功率放大和无线通信等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步和电子技术的不断发展，D类功率放大器还将继续发展和完善，为各种应用场景提供更加高效、稳定和优质的功率放大解决方案。