【導讀】D類音頻放大器近年來越來越出名。本文將介紹 D 類音頻放大器的內容、原因和方法。本文還將介紹音頻放大器的背景以及 D 類放大器的優點以及與其他放大器的一些比較。
D類音頻放大器近年來越來越出名。本文將介紹 D 類音頻放大器的內容、原因和方法。本文還將介紹音頻放大器的背景以及 D 類放大器的優點以及與其他放大器的一些比較。
D 類放大器于 1958 年首次提出，近年來變得越來越流行。什么是 D 類放大器？它們與其他類型的放大器相比如何？為什么 D 類對音頻感興趣？制作一個“好的”音頻 D 類放大器需要什么？ADI 的 D 類放大器產品有哪些特點？
音頻放大器背景
音頻放大器的目標是在發聲輸出元件處以所需的音量和功率水平忠實、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（驅動頻帶受限揚聲器（例如低音揚聲器或高音揚聲器）時頻率響應會較低）。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”家庭立體聲和汽車音頻的數十瓦，到更強大的家庭和商業的數百瓦甚至更高音響系統——讓劇院或禮堂充滿聲音。
音頻放大器的簡單模擬實現使用線性模式的晶體管來創建輸出電壓，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路的一部分，則整體環路增益也會很高。經常使用反饋是因為高環路增益可以提高性能——抑制正向路徑中非線性引起的失真，并通過提高電源抑制 (PSR) 來降低電源噪聲。
D 類放大器的優勢
在傳統的晶體管放大器中，輸出級包含提供瞬時連續輸出電流的晶體管。音頻系統的許多可能實現包括 A 類、AB 類和 B 類。與 D 類設計相比，即使在效的線性輸出級中，輸出級功耗也很大。這種差異使 D 類在許多應用中具有顯著的優勢，因為較低的功耗產生的熱量較少，節省了電路板空間和成本，并延長了便攜式系統的電池壽命。
線性放大器、D 類放大器和功耗
線性放大器輸出級直接連接到揚聲器（在某些情況下通過電容器）。如果在輸出級使用雙極結型晶體管（BJT），它們通常工作在線性模式，具有較大的集電極-發射極電壓。輸出級也可以使用 MOS 晶體管來實現，如圖 1 所示。
所有線性輸出級都會消耗功率，因為??生成 VOUT 的過程不可避免地會導致至少一個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 類拓撲使用其中一個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 類輸出級可以提供良好的音質，但功耗過大，因為大的直流偏置電流通常會流過輸出級晶體管（我們不希望有這種電流），而不會傳遞到揚聲器（我們需要這種電流）。想要它）。
B 類拓撲消除了直流偏置電流并顯著減少了功耗。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，僅信號電流通過晶體管傳導。然而，B 類電路的音質較差，因為當輸出電流通過 0 且晶體管在導通和截止狀態之間變化時會出現非線性行為（交越失真）。
AB 類是 A 類和 B 類的混合折衷方案，使用一些直流偏置電流，但比純 A 類設計要少得多。小直流偏置電流足以防止交叉失真，從而實現良好的音質。功耗雖然介于 A 類和 B 類限制之間，但通常更接近 B 類。需要進行一些類似于 B 類電路的控制，以允許 AB 類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 類放大器也具有顯著的功耗，因為其中頻輸出電壓通常遠離正電源軌或負電源軌。因此，大的漏源電壓降會產生顯著的 IDS X VDS 瞬時功耗。
對于低于 1 W 的功率水平，浪費功率可能比產生熱量更困難。如果由電池供電，線性輸出級會比 D 類設計更快地耗盡電池電量。在上面的示例中，D 類輸出級消耗的電源電流比 B 類低 2.8 倍，比 A 類低 23.6 倍，從而導致手機、PDA 和 MP3 播放器等產品中使用的電池壽命存在很大差異。
為簡單起見，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，線性放大器在低輸出功率水平下比 D 類放大器更有優勢。原因是生成和調制開關波形所需的功率在低電平時可能很大。因此，精心設計的中低功率 AB 類放大器的系統范圍靜態功耗可以使其與 D 類放大器競爭。不過，對于更高的輸出功率范圍，D 類功耗無疑更優越。
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