有效利用D类放大器的技术方法

有效利用D类放大器的技术方法
数十年的不断开发和大量生产造就了能够满足许多行业市场的成熟放大器技术。A类放大
器设计用于更苛刻的高端应用，B类和AB类放大器则通过在成本、容量和性能之间进行折
衷而服务于消费者市场。
但是，D类放大器技术已经使这种平衡发生了变化。以前音频放大器的功率效率一度限制
在大约30%~50%的范围内，采用D类放大器技术后，其功效就几乎翻了一番，达到85%，甚
至90%的水平。对于给定的输出功率，这就可以使电源、散热器件和外壳缩小很多，或者
在给定预算下就可以购买更大功率的放大器。
这样一个巨大的改进缘于D类放大器输出级采用开关控制，而不是象传统放大器那样采用
模拟信号控制。从理论上而言，在“off”状态，通过每个晶体管的电流为0，或者在“on”
状态下其两端的电压为0，因此功耗(即电流和电压的乘积P =
IV)就接近于0。实际上，在“on”状态下晶体管的“on”电阻会产生一个很小的电压降。D类
放大器产生功耗的其它原因还包括功率晶体管相对较大的门电容和输出级前面的系统元
器件。
实际上，D类放大器采用开关器件由附加电路产生模拟波形。在输出级前一个调制器就将
数字或模拟信号转换为脉宽调制信号(PWM)，一个低通重构滤波器将放大的PWM信号转换
为驱动扬声器的模拟信号。
在较小的放大器中，调制器和输出级有时候就集成进单个硅片上。但是这样芯片的输出
功率会因为DSP器件和大功率开关器件制造工艺之间固有的不兼容性而受到限制。
如今已经涌现许多电路拓扑，包括全集成器件及调制器与输出级分离的多芯片方案。后
者具有便于扩展的优点。仅需要改变输出级和电源(见图1)，同样的设计就可重用于不同
输出功率的放大器。
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|图1：该D类放大器拓扑具有集成的调制器和分离的输