【導讀】D類(lèi)音頻放大器近年來(lái)越來(lái)越出名。本文將介紹 D 類(lèi)音頻放大器的內容、原因和方法。本文還將介紹音頻放大器的背景以及 D 類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)以及與其他放大器的一些比較。
D類(lèi)音頻放大器近年來(lái)越來(lái)越出名。本文將介紹 D 類(lèi)音頻放大器的內容、原因和方法。本文還將介紹音頻放大器的背景以及 D 類(lèi)放大器的優(yōu)點(diǎn)以及與其他放大器的一些比較。
D 類(lèi)放大器于 1958 年首次提出，近年來(lái)變得越來(lái)越流行。什么是 D 類(lèi)放大器？它們與其他類(lèi)型的放大器相比如何？為什么 D 類(lèi)對音頻感興趣？制作一個(gè)“好的”音頻 D 類(lèi)放大器需要什么？ADI 的 D 類(lèi)放大器產(chǎn)品有哪些特點(diǎn)？
音頻放大器背景
音頻放大器的目標是在發(fā)聲輸出元件處以所需的音量和功率水平忠實(shí)、高效且低失真地再現輸入音頻信號。音頻頻率范圍約為 20 Hz 至 20 kHz，因此放大器必須在此范圍內具有良好的頻率響應（驅動(dòng)頻帶受限揚聲器（例如低音揚聲器或高音揚聲器）時(shí)頻率響應會(huì )較低）。功率能力根據應用的不同而有很大差異，從耳機中的毫瓦，到電視或電腦音頻中的幾瓦，到“迷你”家庭立體聲和汽車(chē)音頻的數十瓦，到更強大的家庭和商業(yè)的數百瓦甚至更高音響系統——讓劇院或禮堂充滿(mǎn)聲音。
音頻放大器的簡(jiǎn)單模擬實(shí)現使用線(xiàn)性模式的晶體管來(lái)創(chuàng )建輸出電壓，該輸出電壓是輸入電壓的縮放副本。正向電壓增益通常很高（至少 40 dB）。如果前向增益是反饋環(huán)路的一部分，則整體環(huán)路增益也會(huì )很高。經(jīng)常使用反饋是因為高環(huán)路增益可以提高性能——抑制正向路徑中非線(xiàn)性引起的失真，并通過(guò)提高電源抑制 (PSR) 來(lái)降低電源噪聲。
D 類(lèi)放大器的優(yōu)勢
在傳統的晶體管放大器中，輸出級包含提供瞬時(shí)連續輸出電流的晶體管。音頻系統的許多可能實(shí)現包括 A 類(lèi)、AB 類(lèi)和 B 類(lèi)。與 D 類(lèi)設計相比，即使在效的線(xiàn)性輸出級中，輸出級功耗也很大。這種差異使 D 類(lèi)在許多應用中具有顯著(zhù)的優(yōu)勢，因為較低的功耗產(chǎn)生的熱量較少，節省了電路板空間和成本，并延長(cháng)了便攜式系統的電池壽命。
線(xiàn)性放大器、D 類(lèi)放大器和功耗
線(xiàn)性放大器輸出級直接連接到揚聲器（在某些情況下通過(guò)電容器）。如果在輸出級使用雙極結型晶體管（BJT），它們通常工作在線(xiàn)性模式，具有較大的集電極-發(fā)射極電壓。輸出級也可以使用 MOS 晶體管來(lái)實(shí)現，如圖 1 所示。
所有線(xiàn)性輸出級都會(huì )消耗功率，因為??生成 VOUT 的過(guò)程不可避免地會(huì )導致至少一個(gè)輸出晶體管出現非零 IDS 和 VDS。功耗量很大程度上取決于用于偏置輸出晶體管的方法。
A 類(lèi)拓撲使用其中一個(gè)晶體管作為直流電流源，能夠提供揚聲器所需的音頻電流。A 類(lèi)輸出級可以提供良好的音質(zhì)，但功耗過(guò)大，因為大的直流偏置電流通常會(huì )流過(guò)輸出級晶體管（我們不希望有這種電流），而不會(huì )傳遞到揚聲器（我們需要這種電流）。想要它）。
B 類(lèi)拓撲消除了直流偏置電流并顯著(zhù)減少了功耗。其輸出晶體管以推挽方式單獨控制，允許 MH 器件向揚聲器提供正電流，而 ML 吸收負電流。這減少了輸出級功耗，僅信號電流通過(guò)晶體管傳導。然而，B 類(lèi)電路的音質(zhì)較差，因為當輸出電流通過(guò) 0 且晶體管在導通和截止狀態(tài)之間變化時(shí)會(huì )出現非線(xiàn)性行為（交越失真）。
AB 類(lèi)是 A 類(lèi)和 B 類(lèi)的混合折衷方案，使用一些直流偏置電流，但比純 A 類(lèi)設計要少得多。小直流偏置電流足以防止交叉失真，從而實(shí)現良好的音質(zhì)。功耗雖然介于 A 類(lèi)和 B 類(lèi)限制之間，但通常更接近 B 類(lèi)。需要進(jìn)行一些類(lèi)似于 B 類(lèi)電路的控制，以允許 AB 類(lèi)電路提供或吸收大輸出電流。
不幸的是，即使是設計良好的 AB 類(lèi)放大器也具有顯著(zhù)的功耗，因為其中頻輸出電壓通常遠離正電源軌或負電源軌。因此，大的漏源電壓降會(huì )產(chǎn)生顯著(zhù)的 IDS X VDS 瞬時(shí)功耗。
對于低于 1 W 的功率水平，浪費功率可能比產(chǎn)生熱量更困難。如果由電池供電，線(xiàn)性輸出級會(huì )比 D 類(lèi)設計更快地耗盡電池電量。在上面的示例中，D 類(lèi)輸出級消耗的電源電流比 B 類(lèi)低 2.8 倍，比 A 類(lèi)低 23.6 倍，從而導致手機、PDA 和 MP3 播放器等產(chǎn)品中使用的電池壽命存在很大差異。
為簡(jiǎn)單起見(jiàn)，迄今為止的分析僅集中于放大器輸出級。然而，當考慮放大器系統中的所有功耗源時(shí)，線(xiàn)性放大器在低輸出功率水平下比 D 類(lèi)放大器更有優(yōu)勢。原因是生成和調制開(kāi)關(guān)波形所需的功率在低電平時(shí)可能很大。因此，精心設計的中低功率 AB 類(lèi)放大器的系統范圍靜態(tài)功耗可以使其與 D 類(lèi)放大器競爭。不過(guò)，對于更高的輸出功率范圍，D 類(lèi)功耗無(wú)疑更優(yōu)越。
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