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D 類音頻放大器:什么、為什么以及如何

發(fā)布時間:2023-09-27 責任編輯:lina

【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(nèi)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(yōu)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(nèi)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(yōu)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(chǎn)品有哪些特點?

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、高效且低失真地再現(xiàn)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(nèi)具有良好的頻率響應(驅(qū)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(jù)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(shù)十瓦,到更強大的家庭和商業(yè)的數(shù)百瓦甚至更高音響系統(tǒng)——讓劇院或禮堂充滿聲音。

音頻放大器的簡單模擬實現(xiàn)使用線性模式的晶體管來創(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(yōu)勢

在傳統(tǒng)的晶體管放大器中,輸出級包含提供瞬時連續(xù)輸出電流的晶體管。音頻系統(tǒng)的許多可能實現(xiàn)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(yōu)勢,因為較低的功耗產(chǎn)生的熱量較少,節(jié)省了電路板空間和成本,并延長了便攜式系統(tǒng)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(jié)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(fā)射極電壓。輸出級也可以使用 MOS 晶體管來實現(xiàn),如圖 1 所示。


D 類音頻放大器:什么、為什么以及如何


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(xiàn)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(zhì),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(zhì)較差,因為當輸出電流通過 0 且晶體管在導通和截止狀態(tài)之間變化時會出現(xiàn)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(xiàn)良好的音質(zhì)。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(chǎn)生顯著的 IDS X VDS 瞬時功耗。


D 類音頻放大器:什么、為什么以及如何


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(chǎn)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(tǒng)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(yōu)勢。原因是生成和調(diào)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(tǒng)范圍靜態(tài)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(yōu)越。

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