D类放大器&A/B类、AB类……你分清楚了吗?
D类放大器首次提出于1958年,但得益于数字音响技术的发展,使得它的很多优点都被展现出来,因而现在已经流行起来了。那么同其它类型的放大器相比,它有什么与众不同的地方呢?请往下看~
在传统晶体管放大器中,输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。实现音频系统放大器许多可能的类型包括A类放大器,AB类放大器和B类放大器
与D类放大器设计相比较,即使是最有效的线性输出级,它们的输出级功耗也很大。这种差别使得D类放大器在许多应用中具有显著的优势,因为低功耗产生热量较少,节省印制电路板(PCB)面积和成本,并且能够延长便携式系统的电池寿命。此外,它的能量转换效率高。体积相对来说也比较小,因此可靠性强。
线性放大器输出级直接连接到扬声器(有些情况下通过电容器连接)。如果输出级使用双极性结型晶体管(BJT),它们通常工作在线性方式下,具有大的集射极电压。输出级也可以用互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管实现,如图1所示。
AB类放大器是A类放大器和B类放大器的组合折衷,它也使用DC偏置电流,但它远小于单纯的A类放大器。小的DC偏置电流足以防止交越失真,从而能提供良好的音质。其功耗介于A类放大器和B类放大器之间,但通常更接近于B类放大器。与B类放大器电路类似,AB类放大器也需要一些控制电路以使其提供或吸收大的输出电流。
由于大多数音频信号不是脉冲串,因此必须包括一个调制器将音频输入转换为脉冲信号。脉冲的频率成分包括需要的音频信号和与调制过程相关的重要的高频能量。经常在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器以将电磁干扰(EMI)减至最小,并且避免以太多的高频能量驱动扬声器。为了保持开关输出级的功耗优点,要求该滤波器(见图3)是无损的(或接近于无损)。低通滤波器通常采用电容器和电感器,只有扬声器是耗能元件。

功耗和功率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PLOAD 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)。因而,对于音频放大器,[PLOAD = 0.1×PLOAD max] 是一个合理的平均功率水平,按照这个功率水平评估PDISS。在这个功率水平,D类放大器输出级的功耗是B类放大器的1/9,是A类放大器的1/107。
对于10 W PLOAD max的音频放大器,1 W的平均PLOAD认为是保真音频功率水平。在这种条件下,D类放大器输出级内部功耗为282 mW,对于B类放大器为2.53 W,对于A类放大器为30.2 W。在这种情况下,D类放大器的效率从高功率条件下的90%减少到78%。但即使是78%也要远优于B类放大器和A类放大器,它们的效率分别为28%和3%。
对于1 W以上的功率水平,线性输出级的过大的功耗要求采用有效的散热方法以避免不可接受的发热,通常是使用大金属板作为散热板,或用风扇促进放大器空气散热。如果放大器是集成电路(IC),就可能需要大尺寸、高成本的增强散热封装以促进热传导。这些考虑在消费类产品中很麻烦,例如平板电视,其印制电路板面积(PCB)面积很宝贵,或汽车音响,其发展趋势是在固定空间内增加通道数。
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