D类功率放大器综述文献综述

1、文献综述电子信息工程D类功率放大器综述摘要：D类音频功率放大器具有高效率，低失貞等优点。高效率会带来很多的好处，例如延长电池 使用时间.发热低，这些优点使英多媒体设备上具有广阔的发展前景-在便携设备中具有广泛应用。例如迷你音响和務动电话中的EMT7026。关键词：D类音频功率放大器，效率，应用，便携设备1. D类音频功率放大器概述功率放大器通常按照英工作状态分为五类，即A类、B类.AB类、C类和D类。B类和AB 类推挽放大器比A类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但B类放大器在晶 体管导通与截I匕状态的转换过程中会因实开关特性不佳或因电路参数选择不当而产生交替失貞。而D类放大

2、器具有效率高低失貞，频率响应曲线好。外崗元器件少优点。AB类放大器和D类放大器 是目前音频功率放大器的基本电路形式。D类放大器是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM（脉冲宽度调制）PDM（脉 冲密度调制）的脉冲信号，然后用PWM或PDM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器，也称为开关放大器。D类放大器的基本构成如图1。SSD类放大器的组成框图D类放大或数字式放大器利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号的，所以D类放大器具 有效率高的突出优点。2. D类功率放大器的主要性能指标2.1效率和通常的AB类放大器相比，D类放大器有很奇的效率0而且，D类放大器可以在很小的输

3、出功 率时就可以达到很高的效率。D类放大器之所以能够有很高的效率是因为它的输出级完全工作于开 关状态.对于理想的开关，关断时电阻无穷大，导通时则电阻为零，在此情况卞D类功放的效率 是可以达到100%的。但是由于晶体管并不是一个理想的开关，在截止的时候电阻并不是无穷大，而 在导通的时候，幷电阻也不等于零。不过由于扬声器的负载很低，且晶体管在截止时漏电流很小,所以在截止时晶体管的损耗可以忽略不计。从而只要考虑晶体管导通时的损耗即可。此时D类放大 器的效率实际上是由晶体管导通时的两端的电压降和扬声器两端的电压降决；的。因此，晶体管的 导通电阻对于D类放大器的效率起着重要的作用。这是影响D类功放效率的

4、最主要的因素。除了晶 体管的导通电阻外，还有偏置电流，电路翻转都会消耗功率。电路翻转所带来的开关损耗由开关频2. 2谐波失真THDTHD是英文Total Hormonic Distortion的缩写，译成中文是“总谐波失真角它是音频功率放 大器的一个主要性能指标也是音频功率放大器的额宦输出功率的一个条件。理想的音频功率放大 器，若不考虑该功率放大器的增益大小，输入一泄频率的正弦波信号，次输出也应该是没有失真、 没有噪声的正弦波信号（叽但真实的音频功率放大器的输出音频信号总会有一点失真，并且叠加了 噪声。理想的音频功率放大器没有谐波失貞及噪声，所以THD=0%o实际的音频功率放大器有各种谐 波造

5、成的失真及由器件内或外部造成的噪声，它有一崔的THD+X的值11%这个值一般在0, 001%-10% 之间。THD+X表示失真+噪声，因此THD+N越小越好。通常，输出功率越大，失真也增大放大器 的失真主要有三种：线性失窝，非线性失真和噪声。线性失貞不会产生高次谐波，而只是改变信号 中各个分量的相对大小和时间关系.它对于人耳的影响不大。而非线性失真则会产生信号中没有包 含的频率分量，因而对人耳感觉的影响比较大。噪声更是会对人耳产生不舒服的感觉。在D类放 大器中，最重要的失宾是非线性失真。2. 3频率响应频率响应是反映功率放大器对不同信号频率放大能力的物理量，是量度一台放大器在给泄的频 带内，对

6、于不同频率信号增益（放大倍数）的大小，以放大器的增益和信号频率之间的关系描述，也 反映了放大器频率失真的大小I叭 功率放大器的频响范用应不底于人耳的听觉频率范帀，因而在理 想情况下.主声道音频功率放大器的工作频率范用为20-20kH刃九国际规定一般音频功放的频率范 用是4016 kHz + 1.5dBo而D类放大器频率响应曲线好。3. D类音频功放在便携设备中的应用现今，齐种便携式的电子产品成为电子设备的一种重要的发展趋势。手机、MP3, MP4以及数码 相机、便携式DVD等。他们虽然在功能及应用场合上有所差异但至少有两个共同点:第一，他们都 具备音频输出，即使是数码相机，现在也普遍支持音频回

7、放，这样就需要有一个合适的音频放大器;第二，便携式设备很多情况下是靠电池供电，这就要求一个消耗尽可能低的硬件系统。而对于音 频放大器来说，就需要英能够在保持最低失真情况下得到更高的效率I叭这就导致了 D类音频功率 放大器在便携式设备中的广泛应用。这些放大器可使设il人员节省电池电量因为D类放大器比传 统AB类（或线性）放大器具有更高的效率。3.1 D类功放在节能音响的应用我国迷你音响的拥有量约为1000万台，苴平均功率输出为40瓦X2,迷你音响主要用来播放音乐, 所以采用D类功放以后，英效率可以提高6倍。并且D类扬声器放大器，在小型化、薄型化而又节能 的前提下获得前所未有的高音质、高输出的声音

8、，构造出保护自然生态的、对地球友好的机器U叭 假设平均毎周开机3小时，每年可以节约a 55亿度电0我国家庭影院拥有量超过1000万台.其平均功 率输出为200瓦X2（包括5.1声道在内的平均值），假崔毎周开机5小时，那么采用D类功放之后，毎 年可以节省电能4. 586亿千瓦时。当然在音响方而，这还是很不完全的估计。我国有极大数量的KTV（卡拉OK）包房和电影院，幷音响的功率不小于家庭的音响总和。此外还有汽车音响，各种公共 场所（火车站，汽车站，机场等）的皤音，甚至于上5亿部的手机、上千万台的学习机、上百万台的游 戏机、几十万台的对讲机等等，都可以采用D类功放。再加上降低各种电子设备和充电设备的

9、待机 功耗，节能的前景极其可观。3.2 D类音频功放在移动电话中的应用在今天的務动通信终端设备中，音频品质显得越来越重要，手机也不只局限于单纯的语音通信 服务，而具有丰富的多媒体功能。另一方而，短、小、轻、薄的设汁理念对电源的设讣和音频功率 放大器的设计带来了巨大的挑战。D类功率放大器因为具有转换效率高、失貞度低、耗电量小的 优点，芯片厂家新推出各种用于手持式移动通信终端的集成电路，这需要采用新的设讣思路，来帮 助移动电话设讣师解决这些问题，并降低成本和简化系统设il。例如以EastmicroTechnology公司垠 新推出的EMT7026来研究D类音频功放在手机中的应用。EMT7026是一

10、款高效率小电流，低噪声，CSP封装的单通道的D类音频功率放大器，当电源电 压是5V时，可以输出2. 6W的功率到4 Q的桥接式负载上0在同条件下，输出级可将1.2W的功率 传输给的8Q负载，而总谐波失真和噪声小于l%o桥式结构不需要在输出端使用耦合电容。由于可 以不需输出滤波器，极大地节省了便携式产品的成本和空间。高于90%的效率和极低的关闭电流, 也延长了供电电池的使用时间以及大幅度降低了温度。内部的过温和短路保护电路提高了器件的可 靠性。加上适当的外囤元件对电路进行改进，可以进一步消除静态噪声、POP噪声和总谐波失X （THD Total Harmonic Distortion）,内部电路

11、的组成原理框图如图2所示。各部分的功能如下。4总结D类放大器是目前音频播放器的非常有前途的发展方向，他更好地适应了便携式电子音频设备 对功率放大器的高效率，低失真的的发展要求®。与其他几类功放相比，D类功放在获得更高的效率 可以降低芯片尺寸，所以在便携式音频设备中有着重要的地位。D类功放是一项意义深远的创新技 术，具有广阔的发展前景，并对消费电子产生巨大的冲击作用，D类功放在音频和非音频领域都具 有广泛的应用前景。参考文献刘静.Class D音频功率放大器设计D.北京交通大学,2008年龚伟,周雒维.D类音频功率放大器控制方式综述J重庆大学学报(自然科学版).2003(02):117

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