D类功放IC及其在测量时的注意事项

  数字功放即脉冲调制的D类功放，与模拟功放的主要差别在于前者功放管处于开关工作状态。在数字功放出现以前，音频功率放大器最常用的为AB类功放，AB类功放保留了B类功放效率高的优点，同时由于使用小偏置电流而能实现较小的交越失真，在重放正弦波时理想效率高于70%。因为实际重放的声信号有很大的动态范围，如AM收音、磁带能达到50dB，FM收音、CD远超过此值，从而导致模拟音频功放实际效率很低，功放级需要较大的散热片，限制了其在对散热及效率较高要求场合的使用。下图为AB类功放在重放正弦波时的最大效率，其中输出0dB为开始削波时的功率。

 

模拟功放输出级的功放管工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。数字功放的功放管工作在开关状态，当其饱和导通时两端压降很小，当然功耗也小；而截止时，漏电流极小，几乎不消耗功率。所以数字功放电源的利用率就特别高。

下图为A类、B 类和 D类放大器输出级的功率效率比较。

其中：POWER EFFICIENCY功率效率；

NORMALIZED LOAD POWER归一化负载功率；

CLASS D AD199x MEASURED为AD199x D类放大器测量值；

CLASS B IDEAL为B类放大器理想值；

CLASS A IDEAL为A类放大器理想值。

输出功率和效率的差异在中等功率水平处很大。这对于音频很重要，因为大音量音乐的长期平均功率水平要比达到P max的瞬时峰值水平低很多（为其1/5到1/20，取决于音乐类型）。对于音频功放，若认为PLOAD = 0.1 PLOADmax是一个合理的平均功率水平，按照这个功率水平评估D类功放输出级的功耗是B类功放输出级的1/9，是A类功放输出级的1/107。

调制技术

如下图所示，其一为脉宽调制技术，即将音频信号转换为PWM数字音频信号，PWM信号的占空比与原音频信号的瞬时值相关，占空比50%表示音频信号瞬时值为0；另一种脉冲调制技术被称为脉冲密度调制技术（PDM），脉冲密度大的地方，表示电压高；稀的地方，电压就低。

音频PWM编码可以从两种途径获得，一是对模拟音频信号进行模数变换直接生成PWM数字音频。二是对其它编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM码。

 

数字功放的音量调节方法常用的有两种。简单方法就像传统模拟功放那样由电位器衰减模拟信号的输入幅度，实现音量衰减。这种方式数字信号的量化比特率得不到充分利用，小音量时信噪比下降，动态范围变小。而且也不能用于数字音频直接输入系统。另一种方法是采用调节直流电源电压的方式来调节音量，以改变加到低通滤波器上的脉冲电压幅度来改变输出功率。这样量化比特率仍可充分利用，由于电压下降，量化噪声也随之下降，所以音量减小，但信噪比和动态范围仍能保持不变。改变电源电压的高效方法使用DC-DC逆变器，通过改变占空比来改变输出电压。

开关晶体输出的是脉宽调制波形，在20kHz频率以上有很宽的频谱，为保护扬声器、保障功放重放有用信号的效率及EMI的需要，在功放的输出端需加如下图所示的20kHz低通滤波器以将开关脉冲信号还原为原始音频信号。电路中电感损耗应尽可能小，最大允许电流要选用正确，使其在最大电流时电感磁芯不能处于磁饱和状态，以保障功放的输出阻抗、谐波失真、高频杂讯性能。

 

从上图可以看出数字功放输出端滤波电路阻带衰减缓慢，因在20kHz以上不在人耳的可听范围，故不会影响其使用，但在测量信噪比、谐波失真等指标时20kHz以上信号将严重影响测量结果，所以在测量时必须在音频分析仪前加高阶低通滤波器。

在数字功放输出端没有滤波电路时，音频分析仪前必须使用无源低通滤波器，当数字功放输出端有滤波电路时，可以使用有源滤波器。

我司的D类功放IC资料请查阅：