d類高效率音頻功率放大器【文獻(xiàn)綜述】

1、畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述電氣工程與自動化電氣工程與自動化D類高效率音頻功率放大器類高效率音頻功率放大器D類放大器，是通過控制開關(guān)單元的ONOFF，驅(qū)動揚聲器的放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。D類放大器在過去的幾代產(chǎn)品中，已經(jīng)得到了巨大的發(fā)展，系統(tǒng)設(shè)計者極大地改善了系統(tǒng)的耐用性，并提高了其音頻質(zhì)量。D類放大器的優(yōu)點在傳統(tǒng)晶體管放大器中，輸出級包含提供瞬時連續(xù)輸出電流的晶體管。實現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能

2、的類型包括A類放大器，AB類放大器和B類放大器。與D類放大器設(shè)計相比較，即使是最有效的線性輸出級，它們的輸出級功耗也很大。這種差別使得D類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢，因為低功耗產(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板面積和成本，并且能夠延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。D類放大器的發(fā)展趨勢在傳統(tǒng)D類放大器中，用控制器將模擬或數(shù)字音頻信號轉(zhuǎn)換成PWM信號，然后經(jīng)由功率后端設(shè)備中的功率MOSFET管放大。這些放大器效率很高，使用很小的散熱器或根本不需要散

3、熱器，并且降低了對電源輸出功率的要求。然而，與傳統(tǒng)的AB類放大器相比，它們本身也存在固有的成本、性能和EMI方面的問題，解決這些問題就是D類放大器的發(fā)展新趨勢。降低EMI自從D類放大器誕生以來，由于其自身的軌對軌（railtorail）供電開關(guān)特性，而引起的大量輻射EMI，就一直困擾著系統(tǒng)設(shè)計者，這將使設(shè)備無法通過FCC和CISPR認(rèn)證。在D類調(diào)制器中，通過將音頻信號與高頻固定頻率信號比較，并將結(jié)果在固定頻率的載波上調(diào)制，數(shù)字音頻信號被

4、轉(zhuǎn)換成了PWM信號。形成的信號是可變脈寬的固定載波頻率（通常在幾百kHz），然后由高壓功率MOSFET對這些PWM信號進(jìn)行放大，放大后的PWM信號再通過低通濾波器去掉載頻，恢復(fù)出原始基帶音頻信號。雖然這種拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)很有效，但它也導(dǎo)致一些不希望的后果，如大量的輻射EMI。由于調(diào)制器采用固定頻率載波，因此將產(chǎn)生基載波的多次諧波輻射。而且，由于PWM信號自在啟動時，隔直流電容必須被充電到偏置點（高壓供電干線電壓的一半）。如果輸出信號沒有從地電位

5、上升到偏置點，就會在揚聲器中產(chǎn)生很大的“噗”聲（開機(jī)沖擊聲）。新型的D類放大器采用預(yù)充電電容使啟動時揚聲器保持無聲。使揚聲器在隔直電容充電時保持無沖擊聲的方法之一是使用數(shù)字電壓提升技術(shù)，也就是使PWM占空比從非開關(guān)狀態(tài)緩慢增加到50％。這將不會在揚聲器中產(chǎn)生較大的“噗”聲，但由于MOSFET開關(guān)時產(chǎn)生大量的瞬態(tài)電流，揚聲器也不是沒有聲音的。使揚聲器在隔直電容充電時保持無沖擊聲的另一種方法是模擬電壓提升技術(shù)。在這種類型的電壓提升過程中，一

6、個電流源將電容充電到偏置點。一旦電容兩端的電壓達(dá)到偏置點，電流源就會關(guān)閉。電源反饋由于半橋是單端拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，就不存在差分全橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中的共模抑制。在一個全橋放大器中，由于放大器的差分輸出是從同一個電壓源供電的，公共電壓源上的噪聲將在輸出端抵消。在半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)中，放大器供電電源上的任何交流紋波噪聲都將直接耦合到輸出端。由于半橋拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)對電源供電噪聲的敏感，常常需要提供供電抑制反饋（PSR）電路來進(jìn)行降噪。模擬D類放大器有許多本身固有的PSR

7、PSR特性，而完全的數(shù)字D類放大器則沒有。在目前的數(shù)字PSR方案中，通常采用一個外部的ADC來監(jiān)視放大器的供電電源。反饋和噪聲抵消處理是在調(diào)制器的數(shù)字域中進(jìn)行的。有些制造商僅將這種反饋方法用于補(bǔ)償那些降低系統(tǒng)性能的從供電干線上耦合進(jìn)PWM輸出端的交流噪聲的影響。另外一些制造商也將其用于補(bǔ)償由于負(fù)載變化而引起的直流供電電壓的改變（電壓降落），例如，低音單元（超重低音揚聲器）所需要的快速浪涌電流，或者供電線路的電壓波動。交流和直流器件中PS

8、R反饋所帶來的優(yōu)點已經(jīng)擴(kuò)展到了全橋放大器，并改善了目前多通道家庭影院放大器中通道間的隔離，在串?dāng)_和線路電壓改變到達(dá)輸出之前有效地抵消了它們。綜上所述，由于D類放大器具有低功耗這一最大的優(yōu)勢，而且其存在的問題也在不斷地得到解決，使其越來越適合現(xiàn)代人對音頻放大器高效、節(jié)能和小型化的要求。我相信在不久的將來，D類音頻功率放大器必將取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)[1]童詩白，華成英模擬電子設(shè)計基礎(chǔ)第三版[M]北京：高等教育出版社