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D類音頻放大器:什么,為什么以及如何

發(fā)布日期:2023-09-29 點(diǎn)擊次數(shù):684
    D類音頻放大器近年來(lái)越來(lái)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(diǎn)以及與其他放大器的一些比較。
    D類音頻放大器近年來(lái)越來(lái)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(diǎn)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(lái)變得越來(lái)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(duì)音頻感興趣?制作一個(gè)“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(diǎn)?
音頻放大器背景
    音頻放大器的目標(biāo)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(xiàn)輸入音頻信號(hào)。音頻頻率范圍約為20 Hz至20kHz,因此放大器必須在此范圍內(nèi)具有良好的頻率響應(yīng)(驅(qū)動(dòng)頻帶受限揚(yáng)聲器(例如低音揚(yáng)聲器或高音揚(yáng)聲器)時(shí)頻率響應(yīng)會(huì)較低)。功率能力根據(jù)應(yīng)用的不同而有很大差異,從耳機(jī)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(qiáng)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(jiǎn)單模擬實(shí)現(xiàn)使用線性模式的晶體管來(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40dB)。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?yàn)楦攮h(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(guò)提高電源抑制 (PSR) 來(lái)降低電源噪聲。
D類放大器的優(yōu)勢(shì)
    在傳統(tǒng)的晶體管放大器中,輸出級(jí)包含提供瞬時(shí)連續(xù)輸出電流的晶體管。音頻系統(tǒng)的許多可能實(shí)現(xiàn)包括A類、AB類和B類。與D類設(shè)計(jì)相比,即使在效的線性輸出級(jí)中,輸出級(jí)功耗也很大。這種差異使D類在許多應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì),因?yàn)檩^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(zhǎng)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(jí)直接連接到揚(yáng)聲器(在某些情況下通過(guò)電容器)。如果在輸出級(jí)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(jí)也可以使用MOS晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn),如圖 1 所示。
    所有線性輸出級(jí)都會(huì)消耗功率,因?yàn)??生成VOUT的過(guò)程不可避免地會(huì)導(dǎo)致至少一個(gè)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?fù)涫褂闷渲幸粋€(gè)晶體管作為直流電流源,能夠提供揚(yáng)聲器所需的音頻電流。A類輸出級(jí)可以提供良好的音質(zhì),但功耗過(guò)大,因?yàn)榇蟮闹绷髌秒娏魍ǔ?huì)流過(guò)輸出級(jí)晶體管(我們不希望有這種電流),而不會(huì)傳遞到揚(yáng)聲器(我們需要這種電流)。想要它)。
    B類拓?fù)湎酥绷髌秒娏鞑@著減少了功耗。其輸出晶體管以推挽方式單獨(dú)控制,允許MH器件向揚(yáng)聲器提供正電流,而ML吸收負(fù)電流。這減少了輸出級(jí)功耗,僅信號(hào)電流通過(guò)晶體管傳導(dǎo)。然而,B類電路的音質(zhì)較差,因?yàn)楫?dāng)輸出電流通過(guò)0且晶體管在導(dǎo)通和截止?fàn)顟B(tài)之間變化時(shí)會(huì)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(shè)計(jì)要少得多。小直流偏置電流足以防止交叉失真,從而實(shí)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(jìn)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(shè)計(jì)良好的AB類放大器也具有顯著的功耗,因?yàn)槠渲蓄l輸出電壓通常遠(yuǎn)離正電源軌或負(fù)電源軌。因此,大的漏源電壓降會(huì)產(chǎn)生顯著的IDS X VDS瞬時(shí)功耗。
    對(duì)于低于1W的功率水平,浪費(fèi)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(jí)會(huì)比D類設(shè)計(jì)更快地耗盡電池電量。在上面的示例中,D類輸出級(jí)消耗的電源電流比B類低2.8倍,比A類低23.6倍,從而導(dǎo)致手機(jī)、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,迄今為止的分析僅集中于放大器輸出級(jí)。然而,當(dāng)考慮放大器系統(tǒng)中的所有功耗源時(shí),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(shì)。原因是生成和調(diào)制開關(guān)波形所需的功率在低電平時(shí)可能很大。因此,精心設(shè)計(jì)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(jìng)爭(zhēng)。不過(guò),對(duì)于更高的輸出功率范圍,D類功耗無(wú)疑更優(yōu)越。





















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