D类放大器高效率实现原理是什么？

1567 D类放大器扬声器

问答对人有帮助，内容完整，我也想知道答案 0 本文将对AB类与D类放大器进行比较，讨论D类放大器高效率实现原理，并解释了输出为脉宽调制（PWM）波形时还可通过扬声器听到正常声音的原因。 0
2021-6-4 06:37:20　　评论淘帖0 邀请回答您可以邀请以下用户，快速回答问题 × heks 该类别下有 16 个回答。邀请回答 ChristineGu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 HengDu 该类别下有 16 个回答。邀请回答 dfasda 该类别下有 15 个回答。邀请回答 nhonglan 该类别下有 15 个回答。邀请回答 yonglanzhang 该类别下有 15 个回答。邀请回答 C880U 该类别下有 14 个回答。邀请回答 jhdfvs 该类别下有 14 个回答。邀请回答 chm5 该类别下有 14 个回答。邀请回答 muwersddg 该类别下有 14 个回答。邀请回答杀狼000 该类别下有 14 个回答。邀请回答 wenminglang 该类别下有 14 个回答。邀请回答飞雪9366 该类别下有 13 个回答。邀请回答 billbian 该类别下有 13 个回答。邀请回答 a732538 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hrtuoyu 该类别下有 13 个回答。邀请回答 hfgdzc 该类别下有 13 个回答。邀请回答 thyysbk 该类别下有 13 个回答。邀请回答凡人wlj 该类别下有 13 个回答。邀请回答 kszdj113 该类别下有 13 个回答。邀请回答举报杨明相关推荐 • D类放大器效率是如何实现的？ 1208 • D类放大器的效率与AB类放大器的对比分析哪个好？ 1396 • 请问怎样去设计一种高效率音频功率放大器？ 1970 • 关于D类功率放大器的设计如何实现？ 1341 • 请问D类放大器具有什么特征？ 1140 • 高效率F类射频功率放大器研究 2782 • 高效率高线性的功放怎么实现？ 3139 • 影响D类放大器应用的因素有哪些？ 1479 • D类放大器的基本原理是什么？它有哪些应用？ 1435 • 请问D类放大器的散热需要考虑哪些因素？ 1002 1个回答

答案对人有帮助，有参考价值 0 　　D类音频放大器已在电路中被广泛采用，它和过去人们熟悉的AB类放大器在原理上有很大不同，设计人员必须了解其中的区别才能更好应用在实际设计中。本文将对AB类与D类放大器进行比较，讨论D类放大器高效率实现原理，并解释了输出为脉宽调制（PWM）波形时还可通过扬声器听到正常声音的原因。　　目前在移动电话、平面电视、LCD显示器以及便携式游戏设备等消费类电子产品中，已越来越多采用高效率D类放大器，但在很多情况下，设计人员并不明白消费类电子产品内部D类放大器的基本工作情况，必须将原来对AB类或线性放大器的有关知识扩展至D类放大器，对放大器理论进行重新认识。　　效率对比　　D类放大器比AB类放大器的效率要高很多，图1显示了两类放大器在输出功率变化时功耗变化情况，图中将驱动4Ω和8Ω负载的典型AB类放大器与立体声D类放大器TPA3002D2进行对比。D类放大器可为音频设计人员带来两大好处，如果应用由电池供电，那么电池能够使用更长的时间，因为放大器浪费的电量会减少；另外如果同时需要较小体积以及较大输出功率，D类放大器可大幅减少散热片所占面积甚至取消散热片。　　从图1可看到，AB类放大器随着输出接近最大输出功率，其效率会不断提高，但我们还应考虑输出功率的振幅因数，这与功耗有关，也相当重要。振幅因数是峰值输出功率与RMS输出功率之比，即振幅因数=10log（输出功率峰值/输出功率RMS）　　正弦波的振幅因数为3dB，这意味着对于峰值功率20W的放大器，RMS值将为10W。音频信号的振幅因数为12～15dB，这是由于音乐是由不同乐器构成，可能生成更大的电压峰值，如在敲击乐鼓或弹奏低音吉他时的情况，因此对相同的放大器输入而言，RMS功率将为1.3W（采用12dB），也就是说比正弦波要低很多。这意味着当播放音频信号时，放大器很多时间都会在图1的低功率区域，这时AB类与D类的效率差别很大。以图1为例，在1.3W输出功率上，AB类放大器的功耗为7W，而D类放大器的功耗仅为0.9W。　　　　　　　　放大原理　　线性放大器为所需输出电压提供固定电流，与桥式负载（BTL）AB类放大器中输出电流相等，图2A显示了一个简化的H桥AB类放大器输出级结构。　　如图1所示，输出MOSFET具有不同的电阻，阻值作为放大器输出电压的函数而随时变化，如漏极－源极电阻就将随输出电压变化而变化。从电源通过负载的电流在MOSFET中会产生压降，将该电流乘以MOSFET的压降就得到了放大器的主要功耗，MOSFET中的功耗是AB类放大器与D类放大器相比效率不高的主要原因所在。　　相比于线性音频放大器，D类放大器是在给定时间内向负载提供固定量的功率。D类放大器生成PWM信号，使输出电压在电源轨上交换，从而在输出晶体管上产生很小压降。　　D类放大器H桥中，优化的MOSFET在状态为“ON”时RDS（ON）（漏极－源极电阻）为零，在状态为“OFF”时RDS（OFF）无限大，这样D类放大器就可从电源向负载提供等量的功率。由于所有MOSFET都存在一定的RDS（on）以及RDS（off）不可能无限大，会因RDS（on）和RDS（off）产生一定损耗，如图2B所示，图中的MOSFET简化为“ON”或“OFF”开关。　　　　从图2B可以看到，电流从电源通过最初状态为“ON”的MOSFET、负载、并通过后面一个状态为“ON”的MOSFET，MOSFET上只会产生较小压降。分压电路由RDS（on）、RDS（off）以及输出负载或扬声器RL形成，MOSFET的RDS（ON）极小，因此它上面几乎没有压降；而状态为“OFF”的MOSFET的RDS（off）值很大，因此几乎没有电流通过它们。同AB类放大器相比这里仅有极小的功率被MOSFET消耗掉，因此D类放大器效率是非常高的。　　此外，这些输出MOSFET开关频率通常约为250kHz，之所以采用该频率是为了减小放大器的总谐波失真（THD）。如果放大器设置在更低的频率上，所得的波形将导致较差的THD；而如果开关频率上升，则因开关期间损耗上升会降低放大器的效率。250kHz开关频率是THD和效率之间一个很好的均衡。　　D类放大器输出频率为250kHz，这将形成如图4所示的波形。请注意，有的调制使用扬声器电感器作为存储元素，往往不再需要较大的LC过滤器。　　图5显示了整个负载上的差动信号。开关信号并不是音频信号，但耳朵实际上是一个低通滤波器，会自然过滤掉所有高于22kHz的频率。耳朵不能听出高于22kHz的频率，所以听到的将只有音频信号。　　一般说来，D类放大器都作为整个系统的一部分进行设计，放大器的开关性质会导致对系统其它组件形成EMI干扰，因此我们可能还需要一些更多的过滤。就TI带有新式调制方案的5V D类放大器系列而言（如TPA2000D系列），如果从放大器到扬声器的线径较短，那么无需输出过滤器即可使用。在实验室测试中，扬声器线长在10厘米左右时，TPA2005D1不用屏蔽就能通过FCC和CE对辐射标准的要求，但是对于像TPA3000D系列具有更高电压的D类放大器而言，通常都需要在所有应用中采用铁氧体磁珠过滤器以减小电磁干扰。　　　　当设计不用LC过滤器就无法通过辐射标准，且敏感电路频率高于1MHz时，可使用铁氧体磁珠过滤器。这对那些必须通过FCC和CE的电路来说是很好的选择，因为这些电路只检测高于30MHz的电磁辐射，而铁氧体磁珠过滤器在衰减大于30MHz高频段时的表现要好于LC过滤器。而且选择的铁氧体磁珠过滤器在高频带有应有较高阻抗而DC电阻极低，此外还应确保额定电流值为所需音频输出电流的两倍。

2021-6-4 10:52:50 评论举报王金凤