数字功放与模拟功放的区别
数字功放与模拟功放的区别
数字功放与模拟功放的区别一、数字功放与D类功放的区别常见D类功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（PWM），然后将PWM信号放大并还原成模拟音频信号。
因此，PWM功放是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。
并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采样频率，在性能指标上尚达不到Hi-Fi 级的水平。
而数字功放采用一些宽度固定的脉冲来数字地量化、编码模拟音频信号，使音频信号的还原更为真实。
二、数字功放和模拟功放的区别数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。
1. 过载能力与功率储备数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。
模拟功放电路分为A类、B类或AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。
而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加，如图1所示。
图1 全数字功放与普通功放过载失真度比较由于数字功放采用开关放大电路，效率极高，可达75%~90%（模拟功放效率仅为30%~50%），在工作时基本不发热。
因此它没有模拟功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之前后无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特性，瞬态响应好，“爆棚感”极强。
2. 交越失真和失配失真模拟B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通过，导致输出严重失真）。
而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。
模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。
重要电容调试TA2024数字功放简介
超级TA2024数字功放主要性能指标：极低的失真度：0.03%THD+N @9W/4Ω；0.10%IHF-IM @1W/4Ω；0.10%THD+N @11W/4Ω；0.10%THD+N @6W/8Ω。
较大的输出功率：15W＠4Ω，10%THD+N；10W＠8Ω，10%THD+N。
极高的效率：81%＠15W，4Ω；90%＠10W，8Ω。
动态范围：98dB。
超级TA2024 数字功放适用范围：1发烧级音响系统主功放，可搭配数千至数万不等的高品质音箱。
2以有发烧级音响系统,虽然拥有了上万的功放，但仅需一条发烧线的价格试一下，看是不是我在吹牛。
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3 PCHIFI发烧友，省电，全天十个小时开着也不心痛电费。
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音质比电视自带的喇叭和功放不可同日而语，全天24小时开着功放也费不了多少电，不用心痛电费。
6对音质有所追求，或是想音响发烧一下，想知道HIFI到底是怎样的声音，有多大魅力。
只想花一点钱尝试一下的人。
以前在音响中所用的放大器，常用的是A类或者AB类功率放大器，这属传统放大器。
近年来，有一种新技术，它利用功率晶体管工作在开关状态，在音响领域的应用就是数字功率放大器，也称D类功率放大器。
与传统模拟功率放大器相比，数字功率放大器有着非常鲜明的特点：1、采用最先进数字处理技术20bit的字长，可精确还原音频信号，使得无论声音细节还是轮廓都得以完美再现。
2、具有极高的效率，功率转换效率高达90％，具有传统模拟功率放大器无法比拟的高效节能性，从此改变在人们心目中音频功率放大器笨重、耗电、体积大的印象。
3、寿命长，在高效、低功耗、数字化电路的共同作用下，使功率放大器可靠性、安全性大幅度提高。
数字功放即PWM调制的D类功放,与模拟功放的主要
数字功放及其在测量时的注意事项江苏省电子信息产品质量监督检验研究院史锡亭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。
K10数字音频功率放大器 说明书
模拟信号 输入
2.8244MHz 超高速采样
Δ—Σ调制
1bit 超高速 码流放大器
Σ变化音 频滤波器
模拟信号 功率输出
光纤或同轴 2.822MHz 数字输入 过采样
图 3 1bit 数字功率放大器原理
1bit 数字功放与 D 类和 T 类数字功放相比具有很多优点，完全克服了过零失真问题，电源转换效率 可达到 90％以上，频率响应特性可达到 2Hz～50KHz，信号动态范围可达到 95db 以上，其它的优点包括 音频范围内的噪声极微和频率范围内的相移极小等等。它的最大缺点是系统复杂，成本太高，尚未达到 应用阶段。而近年来 D 类和 T 类数字功放的价格已逐步降到用户可接受的商业价格了。
表 1 是数字功放与模拟功放的主要技术 特性对比。 目前小功率数字功放已广泛用于 DVD 内置功放、组合音响、汽车音响、家庭影院等，在专业音响 工程方面，2001 意大利 POWERSOFT 公司推出的 DIGAM 系列大功率专业数字功放已被世界广泛采用， 且很快进入中国市场，在一些专业音响工程中获得了应用，并得到了一致的好评。
晶体管功放具有许多宝贵优点，它的失真指标可做到万分之一以上，但其音质听感总不如电子
1
管功放那么逼真、细腻，尤其是在表现瞬态变化快而清脆的打击乐和浑厚回荡的钢琴曲方面感觉最 明显。上个世纪 80 年代初，欧洲有些专业公司开始研究晶体管功放与电子管功放之间的性能差异和 解决办法。电子管是一种电压控制器件，需要的控制功率极微，开关速率很快。晶体管是一种电流 控制器件，需有较大的控制电流，转换速率较慢。这是最基本的差别。80 年代中期欧洲首先推出了 采用 MOS FET 音频场效应管功放。MOS FET 场效应晶体管既具有晶体管的基本优点，又有电子管 的电压控制及转换速率较快的优点。但使用不久发现这种功放的可靠性不高（无法外电路保护），开 关速度提高的不多和最大输出功率仅为 150W/8Ω等等。90 年代初，MOS FET 的制造技术有了很大突 破，出现了一种高速 MOS FET 大功率开关场效应晶体管。西班牙艺格公司（ECLER）经多年研究，攻 克了非破坏性保护系统的 SPM 专利技术，推出了集电子管功放和晶体管功放两者优点结合的第三代 功放产品，在欧洲市场上获得了认可，并逐步在世界上得到了应用。第三代 MOS FET 功放的中频和 高频音质接近电子管功放，但低频的柔和度比晶体管功放差一些，此外 MOS FET 开关场效应管容易 被输出和输入过载损坏。
数字功放原理
数字功放原理数字功放（Digital Power Amplifier）是一种基于数字信号处理技术的功放系统，它将模拟音频信号转换为数字信号，并在数字域内进行精确的处理和放大。
与传统模拟功放相比，数字功放具有功率效率高、体积小、重量轻、功率密度高、失真低等优势。
数字功放的工作原理主要包括两个关键环节：数字信号处理和功率放大。
在数字信号处理方面，模拟音频信号首先经过A/D转换器（模数转换器），将其转换为二进制数字信号。
然后，数字信号经过数学算法和滤波器等处理器件，进一步削弱或放大、滤波和修正等，以实现各种音频特性的调整和优化。
例如，可以调整频率响应、相位特性、失真、降噪等，以及实现均衡、混响、环绕声等音效处理。
在功率放大方面，数字信号经过数字的放大器模块（Digital Power Amplifier Module），实现对信号的放大和驱动。
数字功放采用数字信号直接驱动功放器件（如MOSFET等）的方式，通过PWM（脉宽调制）技术，将数字信号转换为相应的高速开关脉冲信号。
这些高速开关脉冲信号通过功放器件，经过放大和滤波处理后，再次转换为模拟信号，通过输出端口输出。
数字功放的核心技术包括高效的PWM技术、高速的功放器件、数字信号处理算法等。
高效的PWM技术可以实现高效的能量转换和功率放大，提高功率放大的效率和性能。
高速的功放器件能够实现更精确和快速的信号放大和响应，减少失真和噪声。
而数字信号处理算法的优化则可以实现更精确、准确和高保真度的音频处理和放大。
总结起来，数字功放通过数字信号处理和功率放大的两个主要环节，将模拟音频信号转换为数字信号，并在数字域内进行精确的处理和放大，从而实现高效、高保真度的音频放大。
该技术在音响设备、汽车音响等领域得到广泛应用，并逐渐取代传统的模拟功放。
D类功放的原理
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体现其优越性。
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类功放的实用发展。
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。
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。
因功率管大部分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%，而且经过改进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类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，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馈信号送入积分器。
积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。
负反馈应取自低通滤波器之前，否则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。
数字功放基础知识
Post Filter (2nd Order)
OUTP
OUTN
Differential Voltage
+5v 0v
Across Load -5v
Current Decaying
Current
Current Increasing
Current Increasing
Current Decaying
PWM_SL+ PWM_SL+ PWM_SL- PWM_SL-
R603 50R
C604 0.1uF
C605 1uF
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28
GND GND GR EG /OTW /SD_CD /SD_AB PWM_DP PWM_DM /RESET_CD PWM_C M PWM_C P DR EG_RTN M3 M2 M1 DR EG PWM_B P PWM_B M /RESET_AB PWM_AM PWM_AP GND DGND GND DVDD GR EG GND GND
Binary modulation scheme's output voltage and current waveforms into
an inductive load
输出低通滤波器
采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放完全不同 其开关功率 级输出的高频PWM 信号中包含有音频信号，PWM 频率为几百kHz比音频 信号带宽20~20kHz 大得多为了从PWM 开关信号中恢复出音频信号 通常 采用低通滤波器LPF 低通滤波器频率特性如图1所示。 图2 与图3 为PWM 滤波前后的时域与频域分析从图中可以看出减小音频 信号得到恢复但也总会残留部分高频开关成分 。
powersoft数字功放手册
4.1 Powersoft DIGAM 数字功放的主要特性---------------------------------------------------------6
4.1.1 音频特性----------------------------------------------------------------------------------------------6
两种编码方案的本质区别是 PWM 调制测量的是模拟信号幅度变化的绝对值。1bit 编码 调制测量的是模拟信号振幅变化的相对值，采用相加振幅的起始值获得幅振的绝对值变化。
1bit 数字功放的频响特性可达 2Hz~50KHz；失真更小；电源利用率可达 90%以上。但 它需更宽的频带和更复杂的编码电路，成本很高，尚未达到商品化的阶段。
图 1 脉冲调宽波形（PWM）
图 2 D 类数字功放原理图
D 类数字功放的电源利用率可达 80%以上。它的延时约为模拟功放的 1/6。因此声像定 位更精确，中高音的音质更清晰。但是在 PWM 编码过程中的信号过零失真（或称交越失真） 比模拟功放要大。为此，Powersoft 公司推出了解决此问题的一项新技术：自适应算法.脉冲 调宽技术，并把改进后的 D 类数字功放称为“T”类放大器，T 类数字功放的功率输出失真 大大地得到了改善。（见技术特性指标）
4.3.2 定电压传输中的功率匹配------------------------------------------------------------------------10
4.3.3 Powersoft 4 通道远距离功率传输系统（TU4）-------------------------------------------11
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数字功放与模拟功放的区别
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一、数字功放与D类功放的区别
常见D类功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（PWM），然后将PWM信号放大并还原成模拟音频信号。
因此，PWM功放是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。
并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采样频率，在性能指标上尚达不到Hi-Fi级的水平。
而数字功放采用一些宽度固定的脉冲来数字地量化、编码模拟音频信号，使音频信号的还原更为真实。
二、数字功放和模拟功放的区别
数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。
1. 过载能力与功率储备
数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。
模拟功放电路分为A类、B类或AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。
而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加。
2. 交越失真和失配失真
模拟B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通过，导致输出严重失真）。
而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。
模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。
而数字功放对开关管的配对无特殊要求，基本上不需要严格的挑选即可使用。
3. 功放和扬声器的匹配
由于模拟功放中的功放管内阻较大，所以在匹配不同阻值的扬声器时，模拟功放电路的工作状态会受到负载（扬声器）大小的影响。
而数字功放内阻不超过0.2Ω(开关管的内阻加滤波器内阻)，相对于负载（扬声器）的阻值（4~8Ω）完全可以忽略不计，因此不存在与扬声器的匹配问题。
4. 瞬态互调失真
模拟功放几乎全部采用负反馈电路，以保证其电声指标，在负反馈电路中，为了抑制寄生振荡，采用相位补偿电路，从而会产生瞬态互调失真。
数字功放在功率转换上没有采用任何模拟放大反馈电路，从而避免了瞬态互调失真。
5. 声像定位
对模拟功放来说，输出信号和输入信号之间一般都存在着相位差，而且在输出功率不同时，相位失真亦不同。
而数字功放采用数字信号放大，使输出信号与输入信号相位完全一致，相移为零，因此声像定位准确。
6. 升级换代
数字功放通过简单地更换开关放大模块即可获得大功率。
大功率开关放大模块成本较低，在专业领域发展前景广阔。
7. 生产调试
模拟功放存在着各级工作点的调试问题，不利于大批量生产。
而数字功放大部分为数字电路，一般不需调试即可正常工作，特别适合于大规模生产。
三、数字功放和“数字化”功放、“数码”功放的区别
所谓的“数字化”功放只是在前置级上采用数字信号处理的方式，在模拟音频信号或数字音频信号输入后，采用现有的数字音频处理集成电路，实现一些比如声场处理、数字延时、混响等功能，最后再通过模拟功率放大模块进行音频放大。
虽然目前各集成电路厂家都推出了数字声场处理、数字卡拉OK和数字杜比解码集成电路。
但是由于目前功放大都只能接收模拟音频信号，所以各集成电路的接口也大多是模拟的，这就需要反复地进行模/数、数/模转换，由此会引入量化噪声，使音质恶化。
全数字功放除了针对扬声器的接口以外（这是因为目前扬声器都只能接受模拟音频信号），音频信号在功放内部都
是以数字信号的方式进行处理（包括功率放大）；对于模拟音频信号，必须转化成数字信号后才能进行处理。
在已经具备数字音频的时代推出数字功放，将可能对音响技术的发展产生重大影响。