D类音频放大器设计概念、原理和方法.pdf

D 类音频放大器设计： VDD MH 概念、原理和方法 OUTPUT SPEAKER STAGE VIN ML VOUT 作者：Eric Gaalaas GROUND 0V D 类放大器首次提出于 1958 年，近些年已逐渐流行起来。那 VSS 么，什么是D 类放大器?它们与其它类型的放大器相比如何? 为 图1. CMOS 线性输出级 什么 D 类放大器对于音频应用很有意义?设计一个“优质”D 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 类音频放大器需要考虑哪些因素? ADI 公司D 类放大器产品的 金属氧化物半导体(CMOS)晶体管实现，如图1 所示。 特点是什么? 本文中试图回答上述所有问题。 功率消耗在所有线性输出级，因为产生输出电压VOUT 的过程中 音频放大器背景 不可避免地会在至少一个输出晶体管内造成非零的 IDS 和 VDS 。功耗大小主要取决于对输出晶体管的偏置方法。 音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元 件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率 A 类放大器拓扑结构使用一只晶体管作为直流(DC)电流源，能 范围约为20 Hz ～20 kHz ，因此放大器必须在此频率范围内具 够提供扬声器需要的最大音频电流。A 类放大器输出级可以提 有良好的频率响应（当驱动频带有限的扬声器时频率范围减 供优良的音质，但功耗非常大，因为通常有很大的DC 偏置电 小，例如，低音扬声器或高音扬声器）。输出功率能力根据应 流流过输出级晶体管（这是我们不期望的），而没有提供给扬 用情况变化范围很宽，从数毫瓦(mW)的耳机，几瓦(W)的电视 声器（这是我们期望的）。 (TV)或个人计算机(PC)音频，几十瓦的“迷你”家庭音响和汽 车音频，到几百瓦和几百瓦以上大功率的家用和商用音响系 B 类放大器拓扑结构没有DC 偏置电流，所以功耗大大减少。 统，以及剧场或音乐厅音响系统。 其输出晶体管是以推拉方式独立控制，从而允许高端晶体管为 扬声器提供正电流，而低端晶体管吸收负电流。由于只有信号 一种音频放大器的直接模拟实现使用晶体管在线性工作方式 电流流过晶体管，因而减少了输出级功耗。但是B 类放大器电 下产生一个与输入电压成比例的输出电压。正向电压增益通常 路的音质较差，因为当输出电流过零点和晶体管在通断状态之 很高（至少40 dB ）。如果正向增益是反馈环路的一部分，那 间切换时会造成线性误差（交越失真）。 么总的环路增益也会很高。经常使用反馈环路，因为高环路增 益可以改善性能，抑制由于正向路径中线性误差造成的失真， 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 并且通过增加电源抑制