D类音频放大器课件

D类音频放大器美国PowerAnalog微电子公司首席科学家茅于海1PowerAnalogMicrosystemD类音频放大器美国PowerAnalog微电子公司1Po放大器的分类（一）甲类放大器:效率约为20%2PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（一）甲类放大器:效率约为20%2PowerA放大器的分类（二）乙类放大器:效率约为50%3PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（二）乙类放大器:效率约为50%3PowerA放大器的分类（三）甲乙类放大器:效率约为50%4PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（三）甲乙类放大器:效率约为50%4Power放大器的分类（四）甲类放大器－失真最小，静点工作电流最大，效率最低乙类放大器－失真较大，静点工作电流最小，效率较高甲乙类放大器－失真中等，静点工作电流中等，效率中等丙类放大器－失真极大，主要用在射频调谐放大器中D类放大器－或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工作原理完全不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器5PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（四）甲类放大器－失真最小，静点工作电流最大，效D类放大器的工作原理PWM（脉宽调制）的工作原理6PowerAnalogMicrosystemD类放大器的工作原理PWM（脉宽调制）的工作原理6PowerD类放大器的构成锯齿波发生器比较器＋－输入信号功放低通滤波脉宽调制信号7PowerAnalogMicrosystemD类放大器的构成锯齿波比较器＋－输入信号功放低通脉宽调制信号D类放大器的原理图（一）单端输出8PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（一）单端输出8PowerAnalogD类放大器的原理图（二）加负反馈的D类放大器9PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（二）加负反馈的D类放大器9PowerAD类放大器的原理图（三）桥式输出的D类放大器10PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（三）桥式输出的D类放大器10PowerD类放大器的性能极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器最少的外部工作元件很小的总谐波失真（THD＋N）无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器）会产生电磁波辐射干扰11PowerAnalogMicrosystemD类放大器的性能极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器11D类放大器的效率(一)末级晶体管工作于开关状态理想开关效率为100％截止时的损耗可以忽略主要为导通时的电阻Ron效率＝RL/(2Ron+RL)12PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率(一)末级晶体管工作于开关状态效率＝RL/(D类放大器的效率（二）主要由末级导通电阻值Ron决定若负载电阻为4欧姆，导通电阻为0.1欧姆，则效率为95％若导通电阻增大至0.3欧姆，负载电阻不变，则效率降低为87％13PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（二）主要由末级导通电阻值Ron决定13PoD类放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrD类放大器的效率（四）因为放大器大多数时间工作于低输出功率的状态，所以D类放大器的效率平均比AB类放大器的效率高2.5到3倍这种高效率的特点决定了D类放大器特别适合用于便携式设备（延长电池寿命，不需要散热器而减小体积）和特大功率设备（减小功耗）中15PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（四）因为放大器大多数时间工作于低输出功率的D类放大器的失真（一）主要考虑非线性失真或总谐波失真THD＋N其产生是由于：采样时的脉宽误差和量化误差驱动管的死区和延时功放管的导通时间和体二极管恢复输出滤波电感和电容的非线性16PowerAnalogMicrosystemD类放大器的失真（一）主要考虑非线性失真或总谐波失真THD＋D类放大器的失真（二）典型的THD＋N和输出功率的关系（8欧姆，1kHz,6V）17PowerAnalogMicrosystemD类放大器的失真（二）典型的THD＋N和输出功率的关系（8欧D类放大器的滤波（一）末级晶体管输出的是脉宽调制的矩形波必须经过低通滤波才能滤出音频信号动圈式喇叭本身具有电感如果采用较高的矩形波频率就很容易滤除高频18PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（一）末级晶体管输出的是脉宽调制的矩形波18D类放大器的滤波（二）过高的矩形波频率会导致效率降低，失真加大无滤波器方案会在放大器和喇叭之间的引线上引起较大的射频辐射干扰简单的滤波器就可以很好地解决射频干扰问题还可以提高效率19PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（二）过高的矩形波频率会导致效率降低，失真加D类放大器的滤波（三）开关频率＝1MHzL=10uH,C=0.146uF开关频率＝1MHzL=5uH,C=0.146uF20PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（三）开关频率＝1MHz开关频率＝1MHz2D类放大器的芯片21PowerAnalogMicrosystemD类放大器的芯片21PowerAnalogMicrosyD类放大器的应用－手机极其有限的电池寿命极其有限的空间要求不高的音质单声道但必须防止射频干扰22PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－手机极其有限的电池寿命22PowerAnD类放大器的应用－MP3播放器电池寿命短音质要求高空间极其有限无射频部分要有立体声LCDDisplayCPUDSPUSBBatteryChargerBatteryDACNANDFlashVoltageRegulatorsClass-DAudioAmp.SDOrCFUserkeyWhiteLEDBacklight23PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－MP3播放器电池寿命短LCDDSPUSBBD类放大器的应用－便携式DVD播放机有限电池寿命有限空间中等音质要求立体声无射频部分MPEGDecoderDVDDriverCVBSProgressiveTVEncoderS-VideoFrameBufferROMAudioProcessingClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators24PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－便携式DVD播放机有限电池寿命MPEGDVD类放大器的应用－便携式电视机模拟或数字式有限电池寿命有限空间音质要求中等要有立体声(喇叭或耳机）有射频部分ToLCDPanelDigitalYUVSignalAudioD/AMPEGDecoderRFTVTunerQAM/DMB-T/QPSKScaler

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AdvancedVideoprocessorFrameBufferROMFrameBufferClass-DAudioAmp.25PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－便携式电视机模拟或数字式ToLCDPaD类放大器的应用－笔记本电脑有限的电池寿命有限的空间要求中等音质要求立体声无射频部分CPUDRAML2Cache256K2.5VHostBus66-100MHzPCIBridge3.3VPCIBus33MHzLCXLCXLCXLCXGraphicsCardBusIDEAudioClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators26PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－笔记本电脑有限的电池寿命CPUDRAML2D类放大器的应用－手提式对讲机有限空间有限电池寿命低音质要求单声道DuplexerLNAPowerAmpVCOPLLVCOIFAmpl.Ampli-fierFMDiscri-minatorPre-ampl.Class-DAudioAmp.Modu-latorPowerModule/BatteryAntenna27PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－手提式对讲机有限空间DuplexerLNAD类放大器的应用－汽车音响电源比较有限体积比较有限要求较高音质要求立体声Class-DAudioAmp.LNAVCOIFAMDetectorLNAVCOIFFMDemod.AMReceiverFMReceiverLaserPickupCDDriveSwitchDAC28PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－汽车音响电源比较有限Class-DLNAVD类放大器的应用－其它传统音响设备包括免提电话机、台式机有源音箱、电视机、功放、家庭影院无体积限制无电源限制无空间限制必须在性能和价格上和模拟功放竞争29PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－其它传统音响设备包括免提电话机、台式机有源各种应用一览表MP3播放机手机便携式DVD便携式TV笔记本PC对讲机汽车音响台式机音箱电视机音响功放电池寿命极其有限相当有限比较有限比较有限有限比较有限不太有限无限制无限制无限制空间大小极其有限极其有限比较有限比较有限有限比较有限不太有限无限制无限制无限制声道数立体声单声道立体声立体声立体声单声道立体声立体声立体声多声道音质要求极高不高较高较高普通不高较高普通较高极高功率要求几百毫瓦<1瓦几瓦几瓦几瓦几百毫瓦-几瓦10－20瓦几瓦几瓦-几十瓦20瓦以上30PowerAnalogMicrosystem各种应用一览表MP3播放机手机便携式DVD便携式TV笔记本PPAM公司的D类放大器产品PAM8101，1.5W，单声道，高效率（85%),低失真（THD＋N＝0.05%）PAM8201，1.5W，立体声，高效率（85%),低失真（THD＋N＝0.05%）小体积（PAM8101只有2mmx3mm)极少的外部元件，只有两、三个电容，不需要电感极低的价格，可以和模拟功放竞争！31PowerAnalogMicrosystemPAM公司的D类放大器产品PAM8101，1.5W，单声道，PAM芯片的外部元件单声道PAM8101立体声PAM820132PowerAnalogMicrosystemPAM芯片的外部元件单声道立体声32PowerAnalogD类放大器的市场前景2003年增长200％至$84Million2004将增长68％2008将达$823MTheSemiconductorReporter(ForwardConcept):June15,200433PowerAnalogMicrosystemD类放大器的市场前景2003年增长200％TheSemic谢谢大家！34PowerAnalogMicrosystem谢谢大家！34PowerAnalogMicrosysteD类音频放大器美国PowerAnalog微电子公司首席科学家茅于海35PowerAnalogMicrosystemD类音频放大器美国PowerAnalog微电子公司1Po放大器的分类（一）甲类放大器:效率约为20%36PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（一）甲类放大器:效率约为20%2PowerA放大器的分类（二）乙类放大器:效率约为50%37PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（二）乙类放大器:效率约为50%3PowerA放大器的分类（三）甲乙类放大器:效率约为50%38PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（三）甲乙类放大器:效率约为50%4Power放大器的分类（四）甲类放大器－失真最小，静点工作电流最大，效率最低乙类放大器－失真较大，静点工作电流最小，效率较高甲乙类放大器－失真中等，静点工作电流中等，效率中等丙类放大器－失真极大，主要用在射频调谐放大器中D类放大器－或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工作原理完全不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器39PowerAnalogMicrosystem放大器的分类（四）甲类放大器－失真最小，静点工作电流最大，效D类放大器的工作原理PWM（脉宽调制）的工作原理40PowerAnalogMicrosystemD类放大器的工作原理PWM（脉宽调制）的工作原理6PowerD类放大器的构成锯齿波发生器比较器＋－输入信号功放低通滤波脉宽调制信号41PowerAnalogMicrosystemD类放大器的构成锯齿波比较器＋－输入信号功放低通脉宽调制信号D类放大器的原理图（一）单端输出42PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（一）单端输出8PowerAnalogD类放大器的原理图（二）加负反馈的D类放大器43PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（二）加负反馈的D类放大器9PowerAD类放大器的原理图（三）桥式输出的D类放大器44PowerAnalogMicrosystemD类放大器的原理图（三）桥式输出的D类放大器10PowerD类放大器的性能极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器最少的外部工作元件很小的总谐波失真（THD＋N）无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器）会产生电磁波辐射干扰45PowerAnalogMicrosystemD类放大器的性能极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器11D类放大器的效率(一)末级晶体管工作于开关状态理想开关效率为100％截止时的损耗可以忽略主要为导通时的电阻Ron效率＝RL/(2Ron+RL)46PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率(一)末级晶体管工作于开关状态效率＝RL/(D类放大器的效率（二）主要由末级导通电阻值Ron决定若负载电阻为4欧姆，导通电阻为0.1欧姆，则效率为95％若导通电阻增大至0.3欧姆，负载电阻不变，则效率降低为87％47PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（二）主要由末级导通电阻值Ron决定13PoD类放大器的效率（三）48PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrD类放大器的效率（四）因为放大器大多数时间工作于低输出功率的状态，所以D类放大器的效率平均比AB类放大器的效率高2.5到3倍这种高效率的特点决定了D类放大器特别适合用于便携式设备（延长电池寿命，不需要散热器而减小体积）和特大功率设备（减小功耗）中49PowerAnalogMicrosystemD类放大器的效率（四）因为放大器大多数时间工作于低输出功率的D类放大器的失真（一）主要考虑非线性失真或总谐波失真THD＋N其产生是由于：采样时的脉宽误差和量化误差驱动管的死区和延时功放管的导通时间和体二极管恢复输出滤波电感和电容的非线性50PowerAnalogMicrosystemD类放大器的失真（一）主要考虑非线性失真或总谐波失真THD＋D类放大器的失真（二）典型的THD＋N和输出功率的关系（8欧姆，1kHz,6V）51PowerAnalogMicrosystemD类放大器的失真（二）典型的THD＋N和输出功率的关系（8欧D类放大器的滤波（一）末级晶体管输出的是脉宽调制的矩形波必须经过低通滤波才能滤出音频信号动圈式喇叭本身具有电感如果采用较高的矩形波频率就很容易滤除高频52PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（一）末级晶体管输出的是脉宽调制的矩形波18D类放大器的滤波（二）过高的矩形波频率会导致效率降低，失真加大无滤波器方案会在放大器和喇叭之间的引线上引起较大的射频辐射干扰简单的滤波器就可以很好地解决射频干扰问题还可以提高效率53PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（二）过高的矩形波频率会导致效率降低，失真加D类放大器的滤波（三）开关频率＝1MHzL=10uH,C=0.146uF开关频率＝1MHzL=5uH,C=0.146uF54PowerAnalogMicrosystemD类放大器的滤波（三）开关频率＝1MHz开关频率＝1MHz2D类放大器的芯片55PowerAnalogMicrosystemD类放大器的芯片21PowerAnalogMicrosyD类放大器的应用－手机极其有限的电池寿命极其有限的空间要求不高的音质单声道但必须防止射频干扰56PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－手机极其有限的电池寿命22PowerAnD类放大器的应用－MP3播放器电池寿命短音质要求高空间极其有限无射频部分要有立体声LCDDisplayCPUDSPUSBBatteryChargerBatteryDACNANDFlashVoltageRegulatorsClass-DAudioAmp.SDOrCFUserkeyWhiteLEDBacklight57PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－MP3播放器电池寿命短LCDDSPUSBBD类放大器的应用－便携式DVD播放机有限电池寿命有限空间中等音质要求立体声无射频部分MPEGDecoderDVDDriverCVBSProgressiveTVEncoderS-VideoFrameBufferROMAudioProcessingClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators58PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－便携式DVD播放机有限电池寿命MPEGDVD类放大器的应用－便携式电视机模拟或数字式有限电池寿命有限空间音质要求中等要有立体声(喇叭或耳机）有射频部分ToLCDPanelDigitalYUVSignalAudioD/AMPEGDecoderRFTVTunerQAM/DMB-T/QPSKScaler

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AdvancedVideoprocessorFrameBufferROMFrameBufferClass-DAudioAmp.59PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－便携式电视机模拟或数字式ToLCDPaD类放大器的应用－笔记本电脑有限的电池寿命有限的空间要求中等音质要求立体声无射频部分CPUDRAML2Cache256K2.5VHostBus66-100MHzPCIBridge3.3VPCIBus33MHzLCXLCXLCXLCXGraphicsCardBusIDEAudioClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators60PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－笔记本电脑有限的电池寿命CPUDRAML2D类放大器的应用－手提式对讲机有限空间有限电池寿命低音质要求单声道DuplexerLNAPowerAmpVCOPLLVCOIFAmpl.Ampli-fierFMDiscri-minatorPre-ampl.Class-DAudioAmp.Modu-latorPowerModule/BatteryAntenna61PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－手提式对讲机有限空间DuplexerLNAD类放大器的应用－汽车音响电源比较有限体积比较有限要求较高音质要求立体声Class-DAudioAmp.LNAVCOIFAMDetectorLNAVCOIFFMDemod.AMReceiverFMReceiverLaserPickupCDDriveSwitchDAC62PowerAnalogMicrosystemD类放大器的应用－汽车音响电源比较有限Class-DLNAVD类放大器的应用－其它传统音响设备包括免提电话机、台式机有源音箱、电视机、