d类功率放大器特点
高效率、低失真的D类音频功率放大器
厦门大学硕士学位论文高效率、低失真的D类音频功率放大器姓名：叶春晖申请学位级别：硕士专业：测试计量技术及仪器指导教师：冯勇建20090501摘要半导体技术的进步重新唤起了人们对Ｄ类音频功放的兴趣，尤其体现在便携器件等消费电子产品中Ⅲ。
本文对双声道Ｄ类音频功率放大器进行研究，通过使用双边自然采样控制四个状态功率输出开关的脉宽调制技术极大降低了静态功耗，从而将低输入状态下的芯片的效率提高Ｎ９０％。
同时将谐波失真降至０．０３％．并且通过独特的二阶反馈环路增大系统带宽，使系统在２０赫兹ｊ！ｌＪ２００００赫兹的音频范围内具有平坦的响应曲线。
就此本文主要开展了以下研究工作：１．综合考虑器件成本和性能的要求，选取了现代公司的０．６Ｕｍ线宽标准工艺，在保证合理的成本和芯片面积的前提下得到最优化的效率以及相应的输出功率性能。
通过对输出级电路分析计算，确保芯片在该工艺条件下的运行安全性。
２．深入分析计算了以往各种采样技术的特点，设计了双边自然采样控制四个状态功率输出开关的脉宽调制技术作为Ｄ类音频信号调制器的核心技术，提高了系统线性度，极大降低了系统静态功耗。
３．设计独特的二阶反馈环路增大系统带宽。
建立传递函数模型，通过ＭＡＴＬＡＢ分析系统的线性与稳定性。
通过ＳＩＭＵＬＩＮＫ仿真，计算出系统的失真度。
４．设计并全差分结构的运算放大器作为组成音频信号调制器的核心放大器，以得到更高的集成度，并且不需要使用输入耦合电容对。
设计轨到轨的高反应速度的比较器作为脉宽高制信号发生器，从而将信号相移最小化，同时保证系统的稳定性。
５．完成包括Ｄ类音频调制器以及功率输出级在内的整个器件的所有具体电路设计与仿真验证；完成了器件的版图设计、后端生产以及性能测试。
所得到的产品在拥有高达９０％的效率与低至０．０３％的失真度，在效率与失真度方面性能优异，十分符合音频领域的应用要求。
该Ｄ类音频功率放大器的性能良好，拥有极高的效率以及低失真，同时还拥有占空间小，成本低的优势，适合于手机等便携式消费电子产品的音频应用，在国内处于领先地位，具有广泛的市场前景。
全桥d类功放
全桥d类功放
全桥D类功放是一种将输入模拟音频信号或PCM数字信息变换成PWM或PDM 的脉冲信号，然后用PWM的脉冲信号去控制大功率开关器件通/断音频功率放大器。
它具有以下特点：
效率高：在多数应用和典型的音乐占空比中，D类放大器的平均效率大约是线性放大器的两倍。
体积小：D类功放的有效率高，体积相对较小。
输出功率大：全桥D类功放可以实现平衡输出，差分方式提供的输出信号是单端方式的两倍，并且输出功率是其四倍。
抑制电源噪声：全桥D类功放提供了更好的电源噪声抑制或PSRR，电源抑制比。
易于连接单极电源：全桥D类功放可以更容易地允许终端用户将放大器连接到单极电源，而不需要输出直流阻塞电容，并可能为设计者节省成本和双极电源的复杂性。
但需要注意的是，虽然利用D类放大器的低功耗优点有力推动其音频应用，但是有一些重要问题需要设计工程师考虑，例如晶体管尺寸的选择等。
同时，为了防止过热危险，需要温度监视控制电路。
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(入门经典)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件〔电子管、晶体管、场效应管、集成电路等〕均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。
采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。
d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。
因功率管大局部时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。
典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改良d类功放的性能还将有所提高。
另外，d类功放不存在交越失真。
d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率〔20khz〕的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分表达其优越性。
20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用开展。
d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。
d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路与输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反应信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比拟器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进展调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反应应取自低通滤波器之前，否那么因滤波后的信号与输入的信号有相位差〔二阶滤波器可能引起180°的相位差〕，可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
功率放大电路的分类及特点分析
功率放大电路的分类及特点分析1.B类功率放大电路B类功率放大电路是最常见的功率放大电路之一，特点是具有较高的效率和较大的输出功率。
该电路的工作原理是通过将输入信号分成正半周期和负半周期，并分别由两个互补的输电子管进行放大，然后将两个输出信号进行合并得到最终的输出信号。
由于每个输电子管只工作在一个半周期中，因此可以减小非线性失真，提高效率。
但是B类功率放大电路的缺点是存在交越失真，即输出信号在从负半周期切换到正半周期时可能产生的畸变。
2.A类功率放大电路A类功率放大电路是一种线性的功率放大电路，特点是输出信号与输入信号具有相同的波形。
该电路通过电压放大器和功率放大器的级联来实现。
由于工作在线性区域，A类功率放大电路可以提供极低的失真和良好的信号质量，但相对于B类功率放大电路而言，效率较低。
3.AB类功率放大电路AB类功率放大电路综合了A类和B类功率放大电路的优点，是一种常用的功率放大电路。
该电路结合了A类电路的线性扭矩和B类电路的高效能，可以提供较高的效率和较低的失真。
AB类功率放大电路一般采用两个输电子管，一个在正半周期工作，一个在负半周期工作，通过分别放大两个半周期的输入信号然后进行合并得到最终的输出信号。
4.D类功率放大电路D类功率放大电路是一种特殊的功率放大电路，特点是具有极高的效率和低的功耗。
该电路的工作原理是将输入信号转换为脉冲信号，即将连续的输入信号转换为高频的脉冲信号，然后通过对脉冲信号进行调制和滤波得到最终的输出信号。
D类功率放大电路的优点是功率转换效率高，适用于对功率效率要求较高的应用场合。
但是该电路的缺点是输出信号的失真较大，需要通过合适的滤波器进行处理。
总结起来，功率放大电路根据工作原理和应用特点的不同可以分为几种不同的类别，每种类别都有自己的优点和局限性。
在选择合适的功率放大电路时，需要根据具体的应用需求和限制条件来进行选择。
D类功率放大器
探讨D类功率放大器摘要：我国经济的飞速发展，丰富了居民物质生活需要，一些家电用品在科学技术的飞速带动下，其更新速度越变越快。
在音频这快速发展的这几十年里，各种技术类型的音频功率放大器充斥着市场，先有a类，后有b类，而后就是ab类的音频功率放大器。
同时在居民对音响效果的追求，科学技术也在这方面发展，d类功率放大器正成为消费者首选。
d类功率放大器具有比较多的优点，其功耗低，产生的热量也比较少，一方面还可以节省许多的印制电路板的面积与制造成本，另一方面可以有效的延长该器械中的电池寿命。
d类功率放大器的原理是透过控制开关的单元中的on/off，在此基础上，比较好的驱动其内部的扬声器的放大器。
由于d类功率放大器的发展历程短，其系统与音频质量还需提高。
本文从d类功放的发展背景、诞生的缘由、功率放大器的基本组成等方面叙述，在此基础上，探讨传统功放与d类功放的比较。
关键词：音频领域；印制电路板；音响效果；扬声器；功耗低家庭影院自上世纪80年代兴起后，现代的家庭影音系统开始有着质的飞跃，可以在瞬间得到众多观众的喜爱，尤其在年轻一代中广受欢迎，并且飞速的进入消费者的家中。
随着信息技术的发展，家庭影音系统正在这些技术的带动下，其技术质量、音响效果等越来越受完美，许多电子技术的爱好者也希望能够自己独立完成按照自己意愿设计的家庭影音系统，这一逐渐成为社会年轻人的一大发展趋势。
一、d类功率放大器的概述几十年在音频领域中，a类，b类，ab类音频功率放大器一直占据统治地位。
音频功率放大器发展经历了这样的几个过程：所有器件从电子管、晶体管到集成电路的过程：电路组成从单管到推挽的过程：电路形成从变压器输出到otl、ocl、btl的形式过程。
其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。
全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备的环保要求。
迫使人们开发，高效、节能、环保、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其它数字化设备相连接的特点。
d类功放与g类功放
d类功放与g类功放
D类功放和G类功放都是音频功放的类型，它们在音频放大领
域有着不同的特点和应用。
首先来看D类功放，D类功放是数字功率放大器的一种，它的
工作原理是通过对输入信号进行脉冲宽度调制（PWM），然后经过滤
波器滤除掉高频脉冲，最终得到模拟信号输出。
D类功放的优点是
效率高，能够在不牺牲音质的情况下实现较高的功率输出，因此在
功率放大器中得到了广泛的应用。
另外，D类功放还具有体积小、
发热低等特点，适合于一些对功率和体积有要求的应用场合。
而G类功放则是混合功率放大器的一种，它结合了A类功放和
H类功放的特点，能够在保持音质的前提下提供较高的效率。
G类功
放在信号的低功率部分采用A类放大技术，而在高功率部分则采用
H类放大技术，这样既能保证音质，又能提高功率放大的效率。
因此，G类功放在音频放大领域也备受青睐，尤其在高保真音响系统
中得到广泛应用。
总的来说，D类功放和G类功放都是现代音频放大技术的代表，它们分别以高效率和高保真著称，并且在不同的应用场合都有着广
泛的应用前景。
在选择使用哪种类型的功放时，需要根据具体的应用需求和预算来进行综合考虑，以选取最适合的方案。
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d类功率放大器特点
D类功率放大器是一种高效率的功率放大电路，主要用于对高功率信号进行放大。
它的特点是具有高效率、低失真、小尺寸、低成本和高稳定性等优点。
D类功率放大器的高效率是其最显著的特点之一。
传统的A类功率放大器在工作过程中会产生较大的静态功率损耗，而D类功率放大器通过不同的工作方式，使得输出功率信号的平均功率损耗大大降低。
这是因为D类功率放大器在放大过程中，只有输入信号大于某个阈值时，才会开启功率放大器进行放大，而在其余时间内功率放大器处于关断状态，从而大大减少了功率损耗。
D类功率放大器具有较低的失真。
传统的A类功率放大器在放大过程中，由于电流和电压都是连续变化的，会产生较大的非线性失真。
而D类功率放大器采用开关式工作方式，只需要对输入信号进行开关控制，从而有效降低了失真程度。
此外，D类功率放大器还可以通过一些技术手段，如负反馈、预失真等来进一步降低失真。
第三，D类功率放大器具有较小的尺寸。
由于D类功率放大器具有高效率和较低的功率损耗，因此可以采用较小的散热器和功率器件，从而使整个功率放大器的尺寸变小。
这对于一些对空间要求较高的应用场景，如便携式音箱和车载音响等非常有利。
第四，D类功率放大器具有较低的成本。
由于D类功率放大器采用
的器件和散热系统相对较小，而且由于其高效率特点，使得其在制造成本上有一定的优势。
这使得D类功率放大器的成本较低，更加适合大规模生产和应用。
D类功率放大器具有较高的稳定性。
由于D类功率放大器采用开关式工作方式，输出信号的稳定性主要取决于开关控制电路的设计和实现。
在现代电子技术的支持下，可以通过采用精确的控制电路和反馈机制，使D类功率放大器具有较高的稳定性，能够在不同的工作条件下保持较好的放大性能。
D类功率放大器具有高效率、低失真、小尺寸、低成本和高稳定性等特点。
它在音频放大、功率放大和无线通信等领域得到了广泛的应用。
随着科技的不断进步和电子技术的不断发展，D类功率放大器还将继续发展和完善，为各种应用场景提供更加高效、稳定和优质的功率放大解决方案。