D 类音频功率放大器设计

只看该作者 · 2019-8-30 11:48

从整体上对音频放大器进行划分可以分为四种，其中 D 类放大器
占据的优势性比较大，是比较理想的应用型音频放大器。D 类功率放
大器主要优势在于其功耗较小，在器件的组合上 D 类放大器绝大多数
情况下只是充当一个开关的作用，其最主要的额外功耗在于晶体管的
阻抗所致，由于其对散热装置的需求很低，因此 D 类放大器能够在很
大程度上增加电池的使用寿命。

只看该作者 · 2019-8-30 11:50

AB 类放大器。AB 类放大器的主要特点可以从两个方面出发，
一个是 B 类放大器的交越失真，另外一个是 AB 类放大器消除交越失
真的情况，二者主要形成一个对比的作用。由于 AB 类放大器在其晶
体管的导通时间上有一定的特殊性，这段导通时间通常情况下会比半
周期持续的时间要长，因此在两管推挽的特点之下 AB 类放大器交替
失真的特性能够在很大程度上消除交越失真的影响。

只看该作者 · 2019-8-30 11:51

D 类放大器。
D 类放大器在性能上和 AB 类放大器有着明显的区别，在 PWM 和
PDM 的作用之下 D 类放大器能够将输入进来的模拟音频信号通过一
定的转换作用而形成相应的脉冲信号。由于 D 类放大器在作用上大部
分是充当一个开关的作用，因此也被称之为开关放大器。

只看该作者 · 2019-8-30 11:51

相比较其他放大器而言，D 类放大器的效率非常高，除此之外，
其体积小的特点能够为设备提供更大的空间，而在失真方面其概率低
的特点使得 D 类放大器在调试和应用上都能够保持很大的稳定性。

只看该作者 · 2019-8-30 11:52

D 类音频功放的工作原理。D 类音频放大器在工作中主要
的功能是在于将输入的部分信号进行一定的转换，经过相关的滤波处
理之后能够有效的使得电平进行转移。振荡器在 D 类音频放大器中的
作用至关重要，其振荡周期在发生变化的情况下对整个采样周期的影
响都是非常大的。

只看该作者 · 2019-8-30 11:55

PWM 和锯齿波振荡器的组合形成了 D 类放大器的调制器拓扑结
构，除此之外经过脉宽调制器和低通滤波调制器的作用之下能够很好
的作为一种开关导向的功能，其功能的应用主要是为了把控电流的输
入。三角波振荡器的作用主要是为了在输入信号的整合中起到一个采
样功能，当输入信号充足的情况下，随着方波的增长信号电平也会随
之增长，而当输入信号缺乏的情况下，会出现一半波形存在占空比的
现象。

只看该作者 · 2019-8-30 11:55

由于 D 类音频放大器的主要目的在于在相关的波形中提取经过放
大处理后的音频信号，因此需要在其中加入一个低频滤波器的协助使
得整个输出信号得到相关的整合，而整合之后的输出信号需要达到原
有音频信号的效果。三角波信号和输入信号的周期有着较大的差别，
三角波信号的周期较短，而输入信号的周期较长，输入信号脉宽与输
入信号幅度成一个正比的现象。

只看该作者 · 2019-8-30 11:56

D 类放大器的功率。在实际应用中线性放大器的效率只有
一半左右，但是 D 类放大器的效率是非常高的，通常情况能够达到八
成以上。在计算开关损耗时的效率有一个计算的公式，导通电阻、滤
波器电阻、无源电阻、负载电阻这四者之间通过一定的加法运算能够
得到一个加值，而负载电阻和这个计算出来的价值进行比值计算就能
够得到开关损耗时的效率。任何元器件都不可能存在零功率损耗的现
象，最理想的元器件在设计时候只能尽可能的减少其功率上的损耗。

只看该作者 · 2019-8-30 11:58

输出晶体管设计。为了能够在最大程度上降低 D 类音频放
大器的功耗，在此在输出晶体管上的设计需要在开关损耗降低的理念
之下进行。但是只是在开关方面引起注意以此来减少功耗的损失是不
够的，由于在输出功率不同的情况下减少功耗的方案不同，因此需要
结合实际中输出功率的大小具体的进行设计。在输出功率相对较大的
情况减少功耗的侧重点在于传导损耗的降低，而在输出功率相对较小
的情况下选择的是降低开关处的损耗。

只看该作者 · 2019-8-30 11:58

输出级保护。在有些情况下会出现输入电流过大的现象，
在电流的影响之下会给整个电路造成过热的状况，因此在 D 类音频功
率放大器的设计上还需要安置一个输出级保护设置。最为简单的输出
级保护设置是以安全阈值的模式进行，为了防止整个电路出现过热的
现象而烧坏电路板，应该根据热度而计算出相应的电流值，在电路中
超过这个电流值（安全阈值）之后输出级会以关断的形式进行保护。

只看该作者 · 2019-8-30 12:00

除了设置安全阈值的模式进行输出级保护，还可以使用欠压锁定
保护装置。顾名思义，欠压锁定保护装置的含义在于电路中电源电压
达不到标准值的情况下是不能够正常的进行工作。这种情况下也可以
通过设置阈值来进行处理，只有电压高于阈值整个电路才正常的进行
电压输出操作，达到电路的稳定运行。

只看该作者 · 2019-8-30 12:00

不完美失真和噪声。在人们对 D 类音频放大器的理解中是
不会出现失真的现象，但是由于波段的种类繁多，因此在这些波段的
影响之下 D 类音频放大器难免会存在部分失真和噪声的现象。造成这
类现象的因素有几种，第一是由于 PWM 信号的影响，随着时间段的
进行 PWM 信号在输出的过程中会存在部分抖动的情况，而这种抖动
的出现主要原因在于分辨率受到部分限制。除此之外，在死区和开通
关断的时间上存在一定的差别，同样的整个放大器也会受此影响而出
现部分失真的现象。第二是由于二极管的一些特性所致，在输出电阻
反作用的影响之下使得电源在给放大器供压的过程中会出现波动的状
况，因此导致非线性影响的产生。

只看该作者 · 2019-8-30 12:01

滤波器设计。一个性能较好的滤波器对于整个 D 类音频放
大器而言能够在宽带和 THD 上造成其特性的波动，而在滤波器的选
择上基本没有一个统一的标准，具体还是需要视实际情况而定。巴特
沃斯滤波器的应用是最为广泛的，由于其通带在输出的过程能够保持
一个稳定的状态，因此造成良好的相位响应能够很好的减少其波动性
的影响。