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全遥控数字音量控制的D 类功率放大器

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全遥控数字音量控制的D 类功率放大器

1.1功放的分类
传统的功率放大器主要有A类(甲类) 、B类(乙类)和AB (甲乙类),除此之外,还有工作在开关状态下的D类(丁类)功放。
1.2功放的工作原理及特点概述
A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,其晶体管总是工作在放大区,并且在输入信号的整个周期内晶体管始终工作在线性放大区域,它的优点是输出信号的失真比较小,缺点是输出信号的动态范围孝效率低,理想情况下其效率为50 % ,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A类功率放大器的最高效率仅为45 %左右。
B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50 % ,因为其晶体管只在输入信号的正半周工作在放大区,在输入信号的负半周是截止的。它的优点是效率理想情况下可达78. 5 % ,比A类的提高了很多,其缺点是非线性失真却比甲类功放大,而且会产生交越失真,增加噪声。
AB类(甲乙类)功率放大器是以上两种放大器的结合,使每个功率器件的导通时间在50 %~100 %。此类放大器目前最为流行,它兼顾了效率和失真两方面的性能指标,在设计该功率放大器时要设置功率晶体管的静态偏置电路,使其工作在甲乙类状态。这类功放失真小于乙类功放,但其效率比乙类功放要低一些。
D类功率放大器又叫开关型功率放大器,现在又有人称之为数字功率放大器。它利用晶体管的高速开关特性和低的饱和压降的特点,效率很高,理论上可以达到100%,实际上可以达到90%。此电路不需要严格的对称,也不需要复杂的直流偏置和负反馈,使稳定性大大提高。用同样的功耗的管子可得到比AB类放大器高4倍功率的输出。
D类功放的功率器件受一高频脉宽调制( PWM)脉冲信号的控制,使其工作在开关状态,理论上其效率可达100 %。因此能极大地降低能源损耗,减小放大器体积,在体积、效率和功耗上要求较高的场合具有很大的优势。另外,现代保真音响系统常采用数字音频设备如CD、DAT(digital audio tape),近年发展起来的DVD、计算机多媒体设备、MP3等也都是数字音频信号源。数字音频信号采用脉冲编码调制技术(PCM),信号分辨率通常为12位或16位,采样频率为44.1KHZ(CD)或48KHZ(DAT)。由于数字信号在存储、传输和数据出来上的优点,使人们开始追求数字式功放代替传统的模拟功放,这也使得D类功率放大器受到更大的关注。D类放大器虽然具有很高的效率,但由于功率晶体管的开关工作方式,D类放大器引入的失真通常大于线性放大器,这是目前D类放大器在音频放大领域并未得到广泛应用的主要原因。随着半导体及微电子制造技术的不断发展,高速、大功率器件已越来越多,人们对音频功率放大器的要求更加趋向高效、节能和小型化,所以D类(丁类)音频功率放大器越来越受到人们的重视。

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