对数字功率放大器的讨论

对数字功率放大器的讨论.txt31岩石下的小草教我们坚强，峭壁上的野百合教我们执著，山顶上的松树教我们拼搏风雨，严寒中的腊梅教我们笑迎冰雪。对数字功率放大器的讨论

1 数字功放的发展前景

随着人民生活水平的提高，许多人特别是音响发烧友们对音频功率放大器能否完美不失真的还原声音的要求近乎于苛刻。模拟的功率放大器经过了几十年发展，在这方面的技术已经相当成熟，可以说是达到了登峰造极的地步。环保与能量的利用率已渐渐成为人们所关注的问题，正因为这样，广大消费者对功放的效率要求越来越高。但是模拟功率放大器在这方面几乎达到了极限。另外模拟磁带播放机如录音机逐步被淘汰，数字光碟播放机如CD、VCD、DVD 等已占据主流。针对这一现实数字功放应运而生。音响中用的功率放大器，常用的是A类或者AB类功放，近年来，利用脉宽调制原理设计的D类功放也进入音响领域。

功率放大器通常根据其工作状态分为五类。即A类、AB类、B类、C类、D类。在音频功放领域中，前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。D 类放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大。人们把此种具有"开关"方式的放大，称为"数字放大器"。

国外在数字音频功率放大器领域进行了二、三十年的研究，六十年代中期，日本研制出8bit 数字音频功率放大器。1983年，M.B.Sandler等学者提出D类（数字）PCM功率放大器的基本结构。主要是围绕如何将PCM信号转化为PWM信号。把信号的幅度信号用不同的脉冲宽度来表示。此后，研究的焦点是降低其时钟频率，提高音质。随着数字信号处理（DSP）技术和新型功率器件及应用的发展，开发实用化的16位数字音频功放成为可能。一个音响系统必须具备音源、功放和音箱三大部分。音源部分目前已数字化了，如CD、VCD、DVD、DAB和数字电视等。但的功放和音箱仍然是模拟统治的天下。在人们进入数字化、信息化的开发过程中自然想到了功放的数字化这一问题。

模拟功放始终无法解决效率、成本、音质这三者。

国外这几家公司研制的数字功放价格均在一万美元以上，远远超过了普通大众的承受能力，因此，从世界水平来看，现有功放仍停留在模拟放大的水平上，而数字功放技术尚未大规模商业应用。

国内市场也开始出现AV数码功放，但所谓的数字功放实质上仅仅是指音频处理部分采用了数字处理，其功率放大器则仍然采用模拟放大，这与真正意义的数字功放相差甚远。

音响产品的数字化是必然趋势。由于数字功放有很多优点，如体积小、功率大、高、与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等。在数字音源已经大量普及的时代，数字功放将会取代现有的模拟功放。

>>>数字功放的特点

数字功放在功能模块上可分为：信号输入、信号处理、功率放大、输出部分。

若从信号输入到整个功率转换均是在数字方式下进行，没有模拟音频信号出现，则称为全数字功放（或纯数字功放）。

数字功放与模拟功放相比有如下一些明显优势：

·（1）整个频段内无相对相移，声场定位准确

由于采用无负反馈的放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz-20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性。

·（2）瞬态相应好，即"动态特性"好

由于它不需传统功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的"动力"特征。

·（3）无过零失真

传统功放都在由于对管配对及各级调整不佳产生的过铃、交越失真。

·（4）效率高、可靠性高、体积小

理论上D类功放的效率可达100%，而B类放大器效率仅为78%（理论值），A类功放的效率就非常低。可靠性知识告诉我们：半导体器件的温度每升高10C，失真率就提高一倍。

（5）·适合于大批量生产

产品的一致性好，生产中无需调试，只保证元器件正确安装即可。

天奥DPA功放TA-D990的主要指标：

频响：20-20000Hz（≤±0.5dB）；

信噪比≥100dB；

失真度：≤0.05%-0.15%。

D类功放中的功率晶体管工作在开关状态，又称作数字功放。A类功放的保真度好，但效率甚低，不到10 %，用於高档的专业音响；AB类功放的保真度略为逊色，但效率可以达到20 %至40 %，主要用於汽车、家庭音响以及电脑上；D类功放的效率高达80 %至90 %以上，使用时不需要散热器，或者只需要一只很小的散热器，但是它的保真度和A类及AB类功放相比则大为逊色。理想的功放是保真度高，同时效率也高。Tripath Technology公司提供一种保真度好、效率高的音频功率放大器，其中的功率晶体管也是工作在关关状态，即D类，为了区别於用脉宽调制原理设计的D类功率放大器，Tripath把这种音频功率放大器称作T类功率放大器。

用脉调宽制技术的D类功率放大器之所以音质差，原因在於：输出功率晶体管并不是纯粹的开关，也不是匹配得很好，会带来畸变；晶体管在接通和关闭的过程中，接地点的电位会出现波动，从而增大噪音；功率输出电路是用两只（或者四只）功率晶体管接成的桥路，一只功率晶体管导通，另外一只关闭，这之间存在死区；功率输出电路和扬声器之间用一只输出低通滤波器把音频以外的成份滤除，让音频信号进入扬声器，但不可能彻底滤除脉宽调制的载波，这也是造成失真的一个因素。

T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功放相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功放相当。它和D类功放不同的是，它不是使用脉冲调宽的方法。Tripath 公司发明了一种称作"Digital Power Processing (tm) (DPP(tm))"的数字功率处理技术，它是T类功放的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP(tm)数字处理後用於控制功率晶体管的导通关闭，因而