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D类放大器的常见问题解答 - 第1部分:关于放大器选择及滤波器的概述

上网日期: 2008年12月05日 ?? 作者: John Guy ?? 我来评论 字号:放大 | 缩小 分享到:sina weibo tencent weibo tencent weibo


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关键字:D类放大器? 滤波器? D类耳机放大器?

作者:John Guy
美国国家半导体公司

常见问题解答的第1部分提供了关于D类放大器的概论,并回答了如何进行选择放大器以及D类放大器滤波器的设计问题。

这部分的常见问题解答,主要是获取一些关于D类放大器的选取、应用以及测量方面的各种知识。常见问题解答主要强调的是用在0.5W到2W范围内的便携式媒体设备上的D类放大器,如手机、便携式DVD播放器以及便携式导航系统。当然,这部分信息的绝大多数还适用于输出功率从数毫瓦到数千瓦的D类放大器。

什么是D类放大器

D类放大器使用了脉冲宽度调制电路来保持其输出晶体管工作在全开或全关状态。换句话说,在任何时候,瞬时输出电压要么是一个供电电压,要么是另一个,当然这里忽略了在切换时的短暂过渡期。因此,输出电流从设备中没有明显电压下降而传导出来。

欧姆定律指出,功率等于电压乘以电流。D类放大器将这一等式中的电压部分保持近似为零,因此尽可能的避免了输出阶段的消耗功率。D类放大器比其他技术有着更好的优势,该类放大器的典型效率最高可达95%,平均效率也在80%的水平。D类放大器可以切换的频率高于音频带。大部分的D类放大器的切换频率为300K赫兹到2M赫兹。

为什么要使用D类放大器

因为D类放大器非常有效,充分利用了来自电池以及其他功率受限源的有限功率。此外,这种较高效率消除了很多放大器在低于10瓦输出功率时的散热要求。D类放大器并没有对其他邻近的元件以及其他拓扑结构造成散热影响,从而降低了环境的温度。另外,D类放大器的热效率使其可使用标准的IC封装,无需特别考虑散热问题。

何时使用D类放大器?

使用D类放大器并不适用于所有应用的最重要原因是输出的切换会造成电磁干扰。很多应用场合中,这种电磁干扰是可以容忍的,因此可认为这些设备满足了电磁兼容的认证,但设计师不选用D类放大器还有另外一些考虑。

D类放大器第二个要考虑的是他们的声音质量一般不如AB类放大器以及其他技术的好。尽管在纸面上比较这两种拓扑可能会导致这个结论,在一些终极的应用中,这往往不再是一个问题,因为扬声器的失真是系统失真的主要因素。

什么是半桥/单端D类放大器

半桥D类放大器每个通道都有一个输出。在半桥模式下(单端输出放大器同理)扬声器连接着双供电系统中的单个输出并接地。在单供电系统中,一个较大的电容用来阻止VCC/2直流电压通过扬声器的负载而出现。这个电容一般是几百微发或者更多,这取决于系统的低音要求和扬声器额阻抗。

什么是全桥/差分D类放大器

半桥放大器对于那些对称的双供电系统是非常好的。所需的直流阻止电容的成本及尺寸使得他们在单供电系统并不适用。

全桥D类放大器每个通道有两个输出。全桥放大器又被称作桥接负载(BTL)放大器或差分放大器。在全桥模式下,扬声器连接着两个输出端。D类放大器的输出偏置很低,因此无需隔直电容。

全桥放大器提供了尺寸最小的系统解决方案,也是D类放大器拓扑中最常见的。

是D类放大器还是“数字”放大器

在很多情况下,D类放大器不是数字放大器。这主要有几个理由。在一个基本的开环数字D类放大器中,放大器的功率供应抑制几乎为零。实际上,功率供应的幅度是用来音量控制的。纯数字放大器的另一个问题是在输出延迟、传输时间以及过冲的不匹配。这些综合起来就会产生输出的非线性现象,从而产生谐波失真。

幸运的是,模拟方法可以减轻上面的缺点。D类放大器的绝大多数使用了模拟域的全局反馈和纠错技术。这使得THD+N范围为0.01%,超过08dB的PSRR是常见的。

一些D类放大器是真正意义上的数字放大器。专用的数字电路弥补了输出限制的非线性。真正意义上的D类放大器实际上只占D类放大器芯片的一小部分。

半桥D类放大器相比于全桥放大器,有哪些优势?

半桥D类放大器使用更小的芯片,来得到同样数量级的功率,从而使得相对于真个芯片的成本而言,每瓦的成本最低。半桥设备在单供电系统中需要一个隔直电容,因而会抵消整个成本上的优势,另外还使得整个解决方法的尺寸变大。

在有很多大LED背光供电的应用中,如24V,使用半桥放大器会得到更好的性价比,对应的驱动负载为8Ω,每个输出通道获取8瓦-10瓦。


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