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D類功放 概述： D類功放指的是D類音頻功率放大器（有時也稱為數(shù)字功放）。通過控制開關(guān)單元的ON/OFF，驅(qū)動揚聲器的放大器稱D類放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。已經(jīng)問世多年，與一般的線性AB類功放電路相比，D類功放有效率高、體積小等特點。 發(fā)展歷程： 在音響領(lǐng)域里人們一直堅守著A類功放的陣地。認為A類功放聲音最為清新。
D類功放芯片 透明，具有很高的保真度。但是，A類功放的低效率和高損耗卻是它無法克服的先天頑疾。B類功放雖然效率提高很多，但實際效率僅為50%左右，在小型便攜式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場合，仍感效率偏低不能令人滿意。所以，效率極高的D類功放，因其符合綠色革命的潮流正受著各方面的重視?！∮捎诩呻娐芳夹g(shù)的發(fā)展，原來用分立元件制作的很復雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無論在技術(shù)上還是在價格上均已不成問題。而且近年來數(shù)字音響技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)D類功放與數(shù)字音響有很多相通之處，進一步顯示出D類功放的發(fā)展優(yōu)勢。 D類功放是放大元件處于開關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。無信號輸入時放大器處于截止狀態(tài)，不耗電。工作時，靠輸入信號讓晶體管進入飽和狀態(tài)，晶體管相當于一個接通的開關(guān)，把電源與負載直接接通。理想晶體管因為沒有飽和壓降而不耗電，實際上晶體管總會有很小的飽和壓降而消耗部分電能。這種耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號輸出的大小無關(guān)，所以特別有利于超大功率的場合。在理想情況下，D類功放的效率為100%，B類功放的效率為78.5%，A類功放的效率才50%或25%（按負載方式而定）。 D類功放實際上只具有開關(guān)功能，早期僅用于繼電器和電機等執(zhí)行元件的開關(guān)控制電路中。然而，開關(guān)功能（也就是產(chǎn)生數(shù)字信號的功能）隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的不斷深入，用與Hi-Fi音頻放大的道路卻日益暢通。20世紀60年代，設(shè)計人員開始研究D類功放用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就開始生產(chǎn)D類汽車功放。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放大音頻信號。其中關(guān)鍵的一步就是對音頻信號的調(diào)制。
AB類功放 基本結(jié)構(gòu) 第一部分為調(diào)制器，最簡單的只需用一只運放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號加上一定直流偏置后放在運放的正輸入端，另通過自激振蕩生成一個三角形波加到運放的負輸入端。當正端上的電位高于負端三角波電位時，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號為零、直流偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時間一樣，輸出就是一個占空比為1：1的方波。當有音頻信號輸入時，正半周期間，比較器輸出高電平的時間比低電平長，方波的占空比大于1：1；負半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號幅度高于三角波幅度的時間卻大為減少，方波占空比小于1：1。這樣，比較器輸出的波形就是一個脈沖寬度被音頻信號幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM（Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制）或PDM（Pulse Duration Modulation脈沖持續(xù)時間調(diào)制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。 第二部分就是D類功放，這是一個脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號。能夠輸出的最大功率有負載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決定。 第三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來。方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。但由于此時電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當占空比大于1：1的脈沖到來時，C的充電時間大于放電時間，輸出電平上升；窄脈沖到來時，放電時間長，輸出電平下降，正好與原音頻信號的幅度變化相一致，所以原音頻信號被恢復出來。 工作原理 D類功放設(shè)計考慮的角度與AB類功放完全不同。此時功放管的線性已沒有太大意義，更重要的開關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開關(guān)響應(yīng)要好。另外，整機的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗。所以，飽和管壓降小不但效率高，功放管的散熱結(jié)構(gòu)也能得到簡化。若干年前，這種高頻大功率管的價格昂貴，在一定程度上限制了D類功放的發(fā)展?，F(xiàn)在小電流控制大電流的MOSFET已普遍運用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是近年來UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上應(yīng)用，器件的障礙已經(jīng)消除。 調(diào)制電路也是D類功放的一個特殊環(huán)節(jié)。要把20KHz以下的音頻調(diào)制成PWM信號，三角波的頻率至少要達到200KHz。頻率過低達到同樣要求的THD標準，對無源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復雜。頻率高，輸出波形的鋸齒小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低數(shù)值、小體積和精度要求相對差一些的電感和電容來制成濾波器，造價相應(yīng)降低。但此時晶體管的開關(guān)損耗會隨頻率上升而上升，無源器件中的高頻損耗、謝頻的取膚效應(yīng)都會使整機效率下降。更高的調(diào)制頻率還會出現(xiàn)射頻干擾，所以調(diào)制頻率也不能高于1MHz。 同時，三角波形的形狀、頻率的準確性和時鐘信號的抖晃都會影響到以后復原的信號與原信號不同而產(chǎn)生失真。所以要實現(xiàn)高保真，出現(xiàn)了很多與數(shù)字音響保真相同的考慮。 還有一個與音質(zhì)有很大關(guān)系的因數(shù)就是位于驅(qū)動輸出與負載之間的無源濾波器。該低通濾波器工作在大電流下，負載就是音箱。嚴格地講，設(shè)計時應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進去，但作為一個功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類功放與音箱的搭配中更有發(fā)燒友馳騁的天地。實際證明，當失真要求在0.5%以下時，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時成本和匹配等問題都必須加以考慮。 近年來，一般應(yīng)用的D類功放已有集成電路芯片，用戶只需按要求設(shè)計低通濾波器即可。
AB類工作狀態(tài)通常是兩只晶體管配合進行，在沒有信號的時候，兩只晶體管都是導通的，但其中的電流很小，當有信號輸入時，晶體管中的電流才會變大．由于信號的作用使其中的一只晶體管截止的時候，另一只晶體管則一定是導通的，兩只管子始終是輪流截止和導通，并且其中流過的電流幾乎是全部送入揚聲器，因此，甲乙類功放產(chǎn)生的熱量較小，并且效率高了很多，在70％以上。 AB類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時，兩個輸出器件皆導通，其狀態(tài)工作于A類(甲類)；當電平增高時，兩個器件將完全截止，而另一個器件將供 給更多的電流。這樣在AB類(甲乙類)狀態(tài)開始時，失真將會突然上升，其線性劣于A類(甲類)或B類(乙類)。它的正當使用在于它對A類(甲類)的補充，且當面向低負載阻抗時可繼續(xù)較好地工作。
AB類放大器 AB類放大器的偏置介于A類放大器與B類放大器之間。AB類的效率遠遠大于A類放大器而略低于B類放大器。AB類放大器的偏置可以使工作于推挽工作方式的兩個晶體管的工作區(qū)間互有覆蓋。這樣,就可以對交越失真進控制,偏置于AB類的推挽放大器就可以,實際也常用于電子戰(zhàn)中的高功率放大器中。從上可以看出,AB類是對A類和B類的一個改進型。 A類放大器在工作中可以對輸入的信號全部線性化。但A類功放的缺點是,首先效率低,一般不大于25%,大量電能變成熱能,在同功率情況下,電源供應(yīng)常常比B類和AB類大得多。而且A類功放由于工作電流高,在同樣輸出功率時它的工作電源電壓主要低得多,因此它的輸出峰值電壓就受到限制,它的輸入電壓也受到輸出電壓的放大器放大系數(shù)的限制。B類功放的優(yōu)占是,效率很高,可達到75%以上,因此可以使用較小的功率管輸出較大功率,另外推挽電路對抑制偶次諧波有作用,以減低非線性失真。
A類、B類功放 A類主要是指甲類，B類主要指乙類，A類功放是在管子的線性區(qū)域完成的，不會出現(xiàn)B類的交越失真，只是功耗較大要小心處理！另外在聲音的聽感上區(qū)別也較大，A類較溫暖，B類較為生硬。
C類功放 C/丙類通常用于射頻(SSB除外)放大,但現(xiàn)在有人用于音頻功放(作為A類的接續(xù),有突發(fā)強音才工作,就是H類).C類功放失真大，主要用于射頻。 |
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