C 2008 Analog Devices, Inc. All Rights Reserved. www.analog.com
D 类放大器背后的奥秘
作者:Eric Gaalaas
音频放大器的用途是在发声输出元件上复现输入音频信号,提
供所需要的音量和功率水平——保证复现的忠实性、高效率以
及低失真度.在这一任务面前,D 类放大器表现出多方面的优
势.
音频是指约 20Hz 到20kHz 的频率范围,因此一个音频放大器
在这个频段上必须具备出色的频率响应特性(在驱动频带有限
的低音和高音扬声器时,频响特性较好的频率范围可更窄些).
功率能力方面的需求则变化很大,具体指标取决于应用要求,
从头戴式耳机的 mW 级到 TV 或PC 影响上的数 W,再到"微型"
家庭立体声音响、汽车音响,而最高者是功率更强的家用和用
于剧场和礼堂的商用音响系统,其功率达到数百 W 甚至更高.
音频放大器最直截了当的、模拟式的实现方式是让晶体管工作
在线性模式下,让输出电压以一定比例随输入信号电压变化.
前向的电压增益往往很高(至少 40dB).如果前向增益是反馈
回路的一部分,则总的回路增益也将很高.电路中常常要采用
反馈,因为很高的环路增益可以提供更高的性能——抑制前向
通路的非线性所造成的失真,并通过提高电源抑制能力(PSR)
来减小电源噪声.
在常规的晶体管放大器中,输出级上的晶体管需要提供时刻连
续的输出电流.音响系统可以采用的多种实现形式包括 A 类、
AB 类和 B 类.与D类放大器相比,这些电路中,即使是效率
最高的线性输出级,其功率的耗散很大.这一差异反衬出,D
类放大器在许多应用方面具有显著的优势,因为较小的功率耗
散意味着更低的发热量、电路板空间及成本的节省和便携式系
统的电池工作时间的延长.
所有线性输出级都会出现功率的耗散,因为 Vout 的产生不可避
免地造成至少一个输出晶体管上出现非零的 IDS 和VDS.功率
耗散的量的大小在很大程度上取决于输出晶体管的偏置方法.
A 类架构将架构中的一个晶体管用作一个能提供扬声器所需的
最大音频电流的 DC 电流源.A 类输出级可以提供良好的音响
品质,但由于输出级晶体管上往往流过很大的 DC 偏置电流(这
是我们所不希望出现的),而这一电流无法提供给扬声器(这
反而是我们所希望的),因此会产生过大的功率耗散.
B 类扬声器取消了 DC 偏置电流,所耗散的功率大大下降.其
输出晶体管按照推-拉方式进行分别控制,这样,其中的一个
器件向扬声器提供正向电流而另一个则吸纳负向电流.这减少
了输出级的功率耗散,晶体管中只流过信号电流.然而,B 类
电路的音响质量较差,因为当输出电流过 0 点、晶体管在导通

下一页