[音频功率放大器] D类音频功放IC的原理及特点
D 类放大高效率音频功率放大器电路图原理
D类放大高效率音频功率放大器电路图原理为提高功放效率，以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势，以D类功率放大器为核心，以单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）进行控制及时数据的处理，实现了对音频信号的高效率放大。
系统最大不失真输出功率大于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，并增加了短路保护断电功能，输出噪声低。
系统可对功率进行计算显示，具有4位数字显示，精度优于5%。
传统的音频功率放大器主要有A类（甲类）、B类（乙类）和AB（甲乙类）。
A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件，它的优点是输出信号的失真比较小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%.B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达78.5%,但缺点是会产生交越失真，增加噪声。
AB类（甲乙类）功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在50%~100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。
传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了D类（丁类）音频功率放大器出现和发展。
本系统即采用D类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小巧、便携要求的实际需要。
1系统方案论证与选择1.1整体方案方案①：数字方案。
输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入单片机进行处理，三角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路完全反向的PWM 波给入后级功率放大部分，进行放大。
此种方案硬件电路简单，但会引入较大数字噪声。
方案②：硬件电路方案。
三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此方案噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采用此方案。
1.2三角波产生电路设计方案①：利用NE555产生三角波。
该电路的特点是采用恒流源对电容线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制简单，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。
D类功放原理
D类功放原理D类功放是一种高效率的功放电路，广泛应用于音频放大和电力放大领域。
它相对于传统的AB类功放有着更高的效率和更小的失真。
D类功放的基本原理是采用了数字调制技术，将模拟信号转换为数字信号进行处理，然后再将数字信号转换为模拟信号输出。
这种数字调制的过程使得D类功放在输出时能够实现高效率的功率转换。
具体来说，D类功放的工作过程包括三个主要的步骤：采样、调制和过滤。
首先，采样器将输入的模拟信号进行采样，将其转换为离散的数字信号。
采样频率通常选择比输入信号频率高几倍，以保证采样的准确性。
接下来，调制器对采样得到的数字信号进行调制。
D类功放采用的主要调制技术有脉宽调制（PWM）和脉冲频率调制（PFM）。
脉宽调制是通过调节脉冲宽度的方式来表示信号的大小，脉冲频率调制则是通过调节脉冲的频率来表示信号的大小。
调制的过程是根据模拟信号的幅度来确定脉冲的宽度或频率。
最后，经过调制的数字信号经过低通滤波器进行滤波，将高频成分去除，得到模拟输出信号。
低通滤波器的作用是平滑调制后的数字信号，去除掉高频成分，使得输出信号更接近原始模拟信号。
D类功放的优点主要体现在其高效率和低失真上。
由于数字调制和高频开关的使用，D类功放的效率可以达到90%以上，远高于传统的AB类功放。
而且D类功放在调制过程中是将信号数字化处理的，可以避免模拟电路中存在的各种非线性和失真问题，因此输出的信号更加准确和清晰。
然而，D类功放也存在一些问题。
由于其采样和调制的过程，D类功放的输出信号在频谱上会出现调制噪音（PWM噪声）。
这是由于调制过程中的离散性导致的，这部分噪音需要通过滤波器进行滤除。
另外，D类功放对电源的要求较高，要求电源噪声低、电源电压稳定等。
综上所述，D类功放是一种高效率的功放电路，通过数字调制技术实现对模拟信号的转换和处理，具有高效率和低失真的特点。
它在音频放大和电力放大领域有着广泛的应用。
D类功放的工作原理及优缺点
D类功放的工作原理及优缺点D类功放指的是D类音频功率放大器（有时也称为数字功放）。
通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器。
D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来。
已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。
D系列专业数字功放D类功放工作原理D类功放设计考虑的角度与AB类功放完全不同。
此时功放管的线性已没有太大意义，更重要的开关响应和饱和压降。
由于功放管处理的脉冲频率是音频信号的几十倍，且要求保持良好的脉冲前后沿，所以管子的开关响应要好。
另外，整机的效率全在于管子饱和压降引起的管耗。
所以，饱和管压降小不但效率高，功放管的散热结构也能得到简化。
若干年前，这种高频大功率管的价格昂贵，在一定程度上限制了D类功放的发展。
现在小电流控制大电流的MOSFET已普遍运用于工业领域，特别是近年来UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上应用，器件的障碍已经消除。
调制电路也是D类功放的一个特殊环节。
要把20KHz以下的音频调制成PWM信号，三角波的频率至少要达到200KHz。
频率过低达到同样要求的THD标准，对无源LC低通滤波器的元件要求就高，结构复杂。
频率高，输出波形的锯齿小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低数值、小体积和精度要求相对差一些的电感和电容来制成滤波器，造价相应降低。
但此时晶体管的开关损耗会随频率上升而上升，无源器件中的高频损耗、射频的聚肤效应都会使整机效率下降。
更高的调制频率还会出现射频干扰，所以调制频率也不能高于1MHz。
同时，三角波形的形状、频率的准确性和时钟信号的抖晃都会影响到以后复原的信号与原信号不同而产生失真。
所以要实现高保真，出现了很多与数字音响保真相同的考虑。
还有一个与音质有很大关系的因数就是位于驱动输出与负载之间的无源滤波器。
该低通滤波器工作在大电流下，负载就是音箱。
严格地讲，设计时应把音箱阻抗的变化一起考虑进去，但作为一个功放产品指定音箱是行不通的，所以D类功放与音箱的搭配中更有发烧友驰骋的天地。
D类功放原理
D类功放原理D类功放是一种高效的功率放大电路，它采用了一种特殊的原理来实现功率放大，其中D代表数字。
与传统的A类、B类和AB类功放电路相比，D类功放能够在更小的尺寸和更低的功耗下提供更高的功率输出。
D类功放的原理基于脉宽调制（PWM）技术，它将输入信号转换为一个具有固定频率的脉冲信号。
这个脉冲信号的宽度（占空比）由输入信号的幅值决定。
如果输入信号的幅值较大，脉冲信号的宽度就会增加；而如果输入信号的幅值较小，脉冲信号的宽度就会减小。
这个脉冲信号经过一个滤波器，将脉冲信号的高频成分滤除，从而得到一个与输入信号幅值相近的模拟输出信号。
D类功放的输出级通常是由一对互补的开关管（通常为N型和P型MOSFET）组成。
在D类功放电路中，当输入信号幅值较小时，开关管处于关断状态，功放输出电路中不会有电流流动。
当输入信号幅值较大时，开关管会进行开启和关闭操作，以传送脉冲信号到输出负载。
这种开启和关闭的操作通常由一个驱动电路来控制，驱动电路接收来自输入信号的PWM 信号，并根据这个PWM信号控制开关管的开闭状态。
开关管的开启和关闭操作使得D类功放的功耗显著降低。
在A类和AB类功放电路中，即使在没有输入信号的情况下，输出级仍然会有一定的静态功耗。
而在D类功放中，输出级在没有输入信号时处于关断状态，功耗接近于零。
这使得D类功放在节能方面具有优势，特别适用于便携式设备和电池供电系统。
此外，D类功放还具有更高的效率。
在传统的功放电路中，输出级的管子会存在一定的导通电阻，导致能量的损耗。
但在D类功放中，开关管处于完全开启和完全关闭状态，几乎没有导通电阻，从而大大减少了能量的损耗。
这使得D类功放的效率可以超过90%以上，而传统功放电路的效率通常在50%到70%之间。
总结来说，D类功放采用了脉宽调制技术，通过开关管的开闭操作将输入信号转换为输出信号。
它具有低功耗、高效率的特点，适用于便携式设备和电池供电系统。
随着电子技术的发展，D类功放在音频和无线通信领域的应用越来越广泛。
D类功放的设计原理
D类功放的设计原理D类功放，全称为“数字功率放大器”，是一种电子功率放大器的类型，它的设计原理基于数字信号的处理和模拟功率放大电路的协同工作。
相比于传统的A类、B类、AB类功放，D类功放具有更高的功率效率，更小的尺寸和重量，更好的线性度，以及更低的功率损耗。
下面将详细介绍D类功放的设计原理。
1.PWM调制原理D类功放的核心设计原理是采用脉宽调制（PWM）技术。
PWM是一种通过调整信号的脉冲宽度来控制平均输出功率的方法。
D类功放通过将原始的模拟音频信号转换为数字信号，并通过比较器产生一个与模拟信号频率相同的矩形波，然后根据输入音频信号的幅值调整矩形波的脉宽，最后通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
2.数字信号处理D类功放的设计中需要进行数字信号处理。
首先，输入的模拟音频信号需要经过模数转换器（ADC）转换为数字信号，然后通过数字信号处理器（DSP）进行数字信号的滤波、均衡、增益控制等处理，最后再经过数字模数转换器（DAC）转换回模拟信号。
3.比较器比较器是D类功放中的一个关键组件，用于将模拟音频信号与产生的PWM矩形波进行比较。
比较器的作用是根据输入信号的幅值调整PWM信号的脉宽，从而控制输出功率。
比较器通常由操作放大器和参考电压产生器组成。
4.滤波器在PWM调制之后，需要通过滤波器将调制后的PWM信号转换为模拟音频信号输出。
滤波器的作用是去除PWM信号中的高频分量，保留音频信号的低频成分。
常见的滤波器类型包括低通滤波器和带通滤波器。
5.输出级D类功放的输出级通常采用开关管（如MOSFET）构成。
开关管的特点是具有较低的开通电阻和较高的关断电阻，从而实现更小的功率损耗和更高的功率效率。
输出级通常由多个开关管组成，根据功率需求可以并联或串联排列。
输出级的设计需要考虑电压和电流的控制，包括过电压和过电流的保护。
6.反馈控制为了提高D类功放的线性度和稳定性，通常需要采用反馈控制。
通过对输出信号与输入信号进行比较，调整PWM信号的脉宽和幅值，以使输出信号尽可能接近输入信号。
d类功放原理
d类功放原理D类功放原理。
D类功放（Class-D Amplifier）是一种高效率的功率放大器，它利用数字调制技术将音频信号转换成脉冲宽度调制（PWM）信号，然后通过功率开关器件进行放大。
与传统的A类、B类功放相比，D类功放具有更高的效率和更小的体积，因此在音响设备、汽车音响和无线通信等领域得到了广泛的应用。
D类功放的工作原理可以简单地分为两个部分，信号调制和功率放大。
首先，音频信号经过模数转换器（ADC）转换成数字信号，然后经过数字信号处理器（DSP）进行数字调制，将其转换成PWM信号。
PWM信号的脉冲宽度与音频信号的幅度成正比，频率与音频信号的频率相同。
这样就实现了对音频信号的数字化处理。
接下来，PWM信号通过功率开关器件（如MOSFET、IGBT）控制输出级的功率开关，将电源电压施加在负载上，从而实现对音频信号的功率放大。
在输出级，PWM信号经过滤波器进行滤波处理，去除高频成分，得到原始的音频信号。
最后，经过放大器输出到扬声器或其他负载上。
D类功放相比传统的A类、B类功放具有很多优点。
首先，D类功放的效率非常高，通常可以达到90%以上，而A类、B类功放的效率只有50%左右。
这意味着D类功放在同样输出功率下，可以减少很多功率损耗，从而减小散热器的尺寸和成本。
其次，D类功放的失真度较低，因为功率开关器件的开关速度非常快，可以更准确地跟随音频信号的变化，减少失真。
此外，D类功放的体积小、重量轻，适合于便携式音响设备和汽车音响系统的应用。
然而，D类功放也存在一些缺点。
首先，由于功率开关器件的开关频率较高，会产生一定的高频谐波，需要进行滤波处理，增加了设计的复杂度。
其次，功率开关器件的开关损耗会产生一定的电磁干扰，需要进行屏蔽和抑制。
另外，D类功放对电源的要求较高，需要较为稳定的直流电源，以保证输出的音频质量。
总的来说，D类功放作为一种高效率、高保真度的功率放大器，已经成为现代音响设备和汽车音响系统的主流选择。
D类功放电路介绍入门
D类功放电路介绍入门D类功放电路的工作原理是利用PWM（脉宽调制）技术，将音频信号转换为脉冲信号，然后经过滤波电路平滑处理后得到高电压输出。
与传统的A类、B类、AB类功放电路相比，D类功放电路具有更高的转换效率和更小的功耗。
D类功放电路的核心部分是PWM调制电路和功放输出级。
PWM调制电路主要由运算放大器、比较器和锁相环组成。
运算放大器用于将音频信号放大到合适的幅度，比较器将运算放大器输出与一个三角波进行比较，得到一个脉冲信号，锁相环用于产生高频时钟信号。
PWM调制电路的输出经过滤波电路平滑处理后，作为功放输出级的输入信号。
功放输出级一般采用MOSFET管或IGBT管作为开关元件，负责实现对高电压输出的放大。
其中，MOSFET管是常用的选择，因为它具有高开关速度和低导通压降的优点。
在D类功放电路中，开关元件的导通和关断由PWM调制电路的脉冲信号控制，当脉冲信号为高电平时，开关元件导通，输出电压趋近于零；当脉冲信号为低电平时，开关元件关断，输出电压上升至最大值。
为了实现更高的功率和更好的音质，D类功放电路往往采用多级及桥接结构。
多级结构中，多个功放输出级按级连接，每个级通过滤波电路将前一级的输出信号平滑处理并放大，再作为下一级的输入信号。
桥接结构中，利用两个相互倒置的功放输出级，使得输出电压可正负两种极性，从而增加输出功率和动态范围。
D类功放电路相对于传统的功放电路具有诸多优势。
首先，由于采用PWM技术，D类功放电路的转换效率可以达到80%以上，高于传统的A类、B类和AB类功放电路；其次，D类功放电路功耗较小，热量产生相对较少，不需要散热器或风扇进行散热；此外，D类功放电路具有良好的音质表现，因为它的输出信号几乎完全是数字化的，不会受到传统功放电路的谐波失真等影响。
然而，D类功放电路也存在一些不足之处。
首先，由于PWM调制过程中存在采样和量化误差，会引入一定的失真；其次，输出信号的高频噪声和开关元件的开关带来了一定的EMI问题，需要进行相应的滤波和屏蔽措施。
大功率d类功放芯片-概述说明以及解释
大功率d类功放芯片-概述说明以及解释1.引言1.1 概述概述部分内容可以从以下角度进行阐述：在现代音频应用中，功放芯片是不可或缺的关键元件之一。
尤其是在大功率音响系统中，高效能的功放芯片能够提供持续稳定的电流输出，以实现音频信号的放大和驱动功效。
而其中，大功率D类功放芯片由于其高效节能、低发热、小尺寸等优势而备受关注。
首先，大功率D类功放芯片相比于传统AB类功放芯片具有更高的能效。
传统的AB类功放芯片在运行过程中，会有一定的静态功耗，即便在信号输入较小时也会产生较大的功耗。
而D类功放芯片则能够将信号按照不同的频段进行高速开关控制，有效地降低静态功耗，从而提高能效。
其次，大功率D类功放芯片还能够通过采用PWM（脉宽调制）技术，将音频信号数字化后，通过高速开关控制来模拟输出，从而实现较高的输出功率。
这种方式能够更加精确地控制输出音频信号的波形，避免了传统AB类功放芯片在放大过程中产生的失真和功耗。
此外，大功率D类功放芯片还具有体积小、发热低等优势。
由于D类功放芯片在放大过程中的高速开关控制，使得它的工作电压较低，从而减少了芯片本身的功耗，进一步降低了芯片的发热量。
相比之下，传统AB 类功放芯片需要通过线性放大的方式来实现输出，其工作电压高，功耗较大，往往需要加入散热器等辅助散热设备。
综上所述，大功率D类功放芯片在现代音频应用领域具有重要的意义。
其高效能、低发热、小尺寸等特点，使得它成为了大功率音响系统中不可或缺的核心元件。
当下，D类功放芯片的研究和应用也在不断地发展和创新，为音频领域的技术进步打下了坚实的基础。
1.2 文章结构文章结构是指将文章按照一定的组织方式进行划分和安排，以便读者能够更好地理解文章的内容和逻辑。
本文的结构主要分为引言、正文和结论三个部分。
引言部分旨在引导读者进入文章的主题，并提供背景信息，让读者能够了解文章的整体框架和目的。
该部分包括概述、文章结构和目的三个子部分。
概述部分对大功率D类功放芯片进行概括性介绍，包括该芯片的定义、主要特点以及应用领域。
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D类音频功放IC的原理及特点
1 D类音频功放IC系统结构
D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET 电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。
流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声，如图1所示。
2 调制级(PWM-Modulation)
调制级就是A／D转换，对输入模拟音频信号采样，形成高低电平形式数字PWM信号。
图2中，比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。
在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。
这是D类功放核心之一，必须要求三角波线性度好，振
荡频率稳定，比较器精度高，速度快，产生的PWM方波上升、下降沿陡峭，深入调制措施参见文献[2]。
3 全桥输出级
输出级是开关型放大器，输出摆幅为VCC，电路结构如图3所示。
将MOSFET等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET 基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％，但考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗，整体转换效率一般可达90％左右。
因为转换效率很高，所以芯片本身消耗的热能小，温升也才很小，完全可以不考虑散热不良，因此被称为绿色能效D类功放。
对全桥,进一步减小导通损耗，要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。
选取低开关频率和栅源电容小的MOSFET，加强前置驱动器的驱动能力。
4 LPF低通滤波级
LPF滤波器可消除PWM信号中电磁干扰和开关信号，提高效率，降低谐波失真，直接影响放大器带宽和THD，必须设置合适截止频率和滤波器滚降系数，以保证音频质量。
对于视听产品，20 Hz～20 kHz为可听声；低于20 Hz 为次声；高于20 kHz为超声。
应用中一般设置截止频率为30 kHz，这个频率越低，信号带宽越窄，但过低会损伤信号质量，过高会有噪声混入。
常用LPF滤波器一般有巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器、考尔滤波器三种。
巴特沃思滤波器在通带BW内最大平坦幅度特性好，易实现，因此视听产品多采用等效内阻小，输出功率大的LC二阶巴特沃思滤波器如图4所示。
5 负反馈
负反馈是LPF电路，将检测到的输出级音频成分反馈到输入级，与输入信号比较，对输出信号进行补偿、校正、噪声整形，以此改善功放线性度，降低电源中纹波(电源抑制比，PSRR)。
负反馈可减小通带内因脉冲宽度调制、输出级和电源电压变化而产生的噪声，使输出PWM中低频成分总能与输入信号保持一致，以得到很好的THD，使声音更加丰富精确。
6 功耗效率分析
D类效率在THD<7％情况下，可达85％以上效率，远高于普及使用的最大理论效率78.5％的线性功放。
根本原因在于输出级MOSFET完全工作在开关状态。
理论上，D类功放效率为：
假设D类功放MOSFET导通电阻为RON，所有其他无源电阻为RP，滤波器电阻为RF，负载电阻为RL，则不考虑开关损耗的效率为：
式中：fOSC是振荡器频率；tON和tOFF分别是MOSFET开、关频率。
此时效率为：
由上述公式得知，D类功放中负载RL，相对其他电阻，比值越大效率越高；MOSFET作为续流开关，所消耗的功率几乎等于MOSFET导通阻抗上
I2RON损耗和静态电流总和，相比较输出到负载的功率几乎可忽略。
所以，其效率远高于线性功放，如图5所示。
非常适应现今绿色节能的要求，适合被平板等数字视听产品规模使用。