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D类功放的工作原理及优缺点

发布时间 2021-05-31

D类功放指的是D类音频功率放大器(有时也称为数字功放)。通过控制开关单元的ON/OFF,驱动扬声器的放大器称D类放大器。D类放大器首次提出于1958年,近些年已逐渐流行起来。已经问世多年,与一般的线性AB类功放电路相比,D类功放有效率高、体积小等特点。



D类功放工作原理

D类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。此时功放管的线性已没有太大意义,更重要的开关响应和饱和压降。由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍,且要求保持良好的脉冲前后沿,所以管子的开关响应要好。另外,整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。所以,饱和管压降小不但效率高,功放管的散热结构也能得到简化。若干年前,这种高频大功率管的价格昂贵,在一定程度上限制了D类功放的发展。现在小电流控制大电流的MOSFET已普遍运用于工业领域,特别是近年来UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上应用,器件的障碍已经消除。

调制电路也是D类功放的一个特殊环节。要把20KHz以下的音频调制成PWM信号,三角波的频率至少要达到200KHz。频率过低达到同样要求的THD标准,对无源LC低通滤波器的元件要求就高,结构复杂。频率高,输出波形的锯齿小,更加接近原波形,THD小,而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器,造价相应降低。但此时晶体管的开关损耗会随频率上升而上升,无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。更高的调制频率还会出现射频干扰,所以调制频率也不能高于1MHz。

同时,三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。所以要实现高保真,出现了很多与数字音响保真相同的考虑。

还有一个与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。该低通滤波器工作在大电流下,负载就是音箱。严格地讲,设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去,但作为一个功放产品指定音箱是行不通的,所以D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。实际证明,当失真要求在0.5%以下时,用二阶Butterworth最平坦响应低通滤波器就能达到要求。如要求更高则需用四阶滤波器,这时成本和匹配等问题都必须加以考虑。



近年来,一般应用的D类功放已有集成电路芯片,用户只需按要求设计低通滤波器即可。

D类功放优点


1.d类功放具有很高的能量使用转换率,而且它的体积很小,具有很强的可靠性。d类功放的电池使用率可以达到90%以上,符合绿色环保的要求。


2.d类功放的使用范围很广,其连接的负载阻抗最低值可以达到很低,另外不管负载阻抗值如何变化,其电池的转换率基本上可以说是不变

3.d类功放没有高频、中频、低频的相对变化,它的声音非常清晰,而且声像有很准确的定位。

4.d类功放非常适合产品的大批量生产。只要确保安装对元器件,就可以使产品具有的很好的一致性,而且生产的过程中不需要任何的调试,安全可靠。

5.d类功放可以直接实现群控、遥控、监测等功能,而不需要添加任何的装置。


D类功放缺点


D类功率放大器虽然有很多优点,但是也同样有很多缺点,而且这些缺点严重影响着D类功率放大器的发展,下面我就具体来说说D类功率放大器的缺点:

1.D类功率放大器没有专门的开关,若是安装的功率晶体管和其他器件匹配的不好,会导致整个产品质量不过关。

2.功率晶体管在其刚开始连接和最后关闭的过程中,紧靠地面的电位会发生波动等情况,从而增加了噪音。

3.输出电路有可能会出现死区等情况。 

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