D类音频放大器:什么,为什么以及如何
发布日期:2023-09-29
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D类音频放大器近年来越来越出名。本文将介绍D类音频放大器的内容、原因和方法。本文还将介绍音频放大器的背景以及D类放大器的优点以及与其他放大器的一些比较。
D类音频放大器近年来越来越出名。本文将介绍D类音频放大器的内容、原因和方法。本文还将介绍音频放大器的背景以及D类放大器的优点以及与其他放大器的一些比较。
D类放大器于1958年首次提出，近年来变得越来越流行。什么是D类放大器？它们与其他类型的放大器相比如何？为什么D类对音频感兴趣？制作一个“好的”音频D类放大器需要什么？ADI的D类放大器产品有哪些特点？
音频放大器背景
音频放大器的目标是在发声输出元件处以所需的音量和功率水平忠实、高效且低失真地再现输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz至20kHz，因此放大器必须在此范围内具有良好的频率响应（驱动频带受限扬声器（例如低音扬声器或高音扬声器）时频率响应会较低）。功率能力根据应用的不同而有很大差异，从耳机中的毫瓦，到电视或电脑音频中的几瓦，到“迷你”家庭立体声和汽车音频的数十瓦，到更强大的家庭和商业的数百瓦甚至更高音响系统——让剧院或礼堂充满声音。
音频放大器的简单模拟实现使用线性模式的晶体管来创建输出电压，该输出电压是输入电压的缩放副本。正向电压增益通常很高（至少40dB）。如果前向增益是反馈环路的一部分，则整体环路增益也会很高。经常使用反馈是因为高环路增益可以提高性能——抑制正向路径中非线性引起的失真，并通过提高电源抑制 (PSR) 来降低电源噪声。
D类放大器的优势
在传统的晶体管放大器中，输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。音频系统的许多可能实现包括A类、AB类和B类。与D类设计相比，即使在效的线性输出级中，输出级功耗也很大。这种差异使D类在许多应用中具有显着的优势，因为较低的功耗产生的热量较少，节省了电路板空间和成本，并延长了便携式系统的电池寿命。
线性放大器、D类放大器和功耗
线性放大器输出级直接连接到扬声器（在某些情况下通过电容器）。如果在输出级使用双极结型晶体管（BJT），它们通常工作在线性模式，具有较大的集电极-发射极电压。输出级也可以使用MOS晶体管来实现，如图 1 所示。
所有线性输出级都会消耗功率，因为??生成VOUT的过程不可避免地会导致至少一个输出晶体管出现非零IDS和VDS。功耗量很大程度上取决于用于偏置输出晶体管的方法。
A类拓扑使用其中一个晶体管作为直流电流源，能够提供扬声器所需的音频电流。A类输出级可以提供良好的音质，但功耗过大，因为大的直流偏置电流通常会流过输出级晶体管（我们不希望有这种电流），而不会传递到扬声器（我们需要这种电流）。想要它）。
B类拓扑消除了直流偏置电流并显着减少了功耗。其输出晶体管以推挽方式单独控制，允许MH器件向扬声器提供正电流，而ML吸收负电流。这减少了输出级功耗，仅信号电流通过晶体管传导。然而，B类电路的音质较差，因为当输出电流通过0且晶体管在导通和截止状态之间变化时会出现非线性行为（交越失真）。
AB类是A类和B类的混合折衷方案，使用一些直流偏置电流，但比纯A类设计要少得多。小直流偏置电流足以防止交叉失真，从而实现良好的音质。功耗虽然介于A类和B类限制之间，但通常更接近B类。需要进行一些类似于B类电路的控制，以允许AB类电路提供或吸收大输出电流。
不幸的是，即使是设计良好的AB类放大器也具有显着的功耗，因为其中频输出电压通常远离正电源轨或负电源轨。因此，大的漏源电压降会产生显着的IDS X VDS瞬时功耗。
对于低于1W的功率水平，浪费功率可能比产生热量更困难。如果由电池供电，线性输出级会比D类设计更快地耗尽电池电量。在上面的示例中，D类输出级消耗的电源电流比B类低2.8倍，比A类低23.6倍，从而导致手机、PDA和MP3播放器等产品中使用的电池寿命存在很大差异。
为简单起见，迄今为止的分析仅集中于放大器输出级。然而，当考虑放大器系统中的所有功耗源时，线性放大器在低输出功率水平下比D类放大器更有优势。原因是生成和调制开关波形所需的功率在低电平时可能很大。因此，精心设计的中低功率AB类放大器的系统范围静态功耗可以使其与D类放大器竞争。不过，对于更高的输出功率范围，D类功耗无疑更优越。
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