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D类音频放大器设计:概念、原理和方法(上)

资料介绍
D类音频放大器设计:概念、原理和方法(上)


D类放大器首次提出于1958年,近些年已逐渐流行起来。那么,什么是D类放大器?它们与
其它类型的放大器相比如何? 为什么D类放大器对于音频应用很有意义?设计一个“优质”
D类音频放大器需要考虑哪些因素? 美国模拟器件公司(简称ADI公司)D类放大器产品的特
点是什么? 本文中试图回答上述所有问题。

D类放大器的优点

在传统晶体管放大器中,输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。实现音频系统放
大器许多可能的类型包括A类放大器,AB类放大器和B类放大器。与D类放大器设计相比较
,即使是最有效的线性输出级,它们的输出级功耗也很大。这种差别使得D类放大器在许
多应用中具有显著的优势,因为低功耗产生热量较少,节省印制电路板(PCB)面积和成本
,并且能够延长便携式系统的电池寿命。

线性放大器、D类放大器和功耗

线性放大器输出级直接连接到扬声器(有些情况下通过电容器连接)。如果输出级使用双
极结晶体管(BJT),它们通常工作在线性方式下,具有大的集射极电压。输出级也可以用
互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管实现,如图1所示。
[pic]
图1  CMOS线性输出级
 
功率消耗在所有线性输出级,因为产生输出电压VOUT的过程中不可避免地会在至少一个
输出晶体管内造成非零的IDS和VDS。功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法。

A类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流(DC)电流源,能够提供扬声器需要的最大音
频电流。A类放大器输出级可以提供优良的音质,但功耗非常大,因为通常有很大的DC偏
置电流流过输出级晶体管(这是我们不期望的),而没有提供给扬声器(这是我们期望的)


B类放大器拓扑结构没有DC偏置电流,所以功耗大大减少。其输出晶体管是以推拉方式独
立控制,从而允许高端晶体管为扬声器提供正电流,而低端晶体管吸收负电流。由于只
有信号电流流过晶体管,因而减
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