| D 類音頻放大器 |
| 美國Power Analog 微電子公司 茅于海 |
| 摘 要：本文通過分析幾種錯誤觀念簡要介紹了電池電量計在智能手機中的應用,并針對無線數(shù)據(jù)業(yè)務重點闡述了其不可低估的附加價值。 關鍵詞：電量計;智能手機;無線通信 |
---音頻放大器已經(jīng)有快要一個世紀的歷史了,從最早的電子管放大器的第一個應用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止,它還在不斷地更新、發(fā)展、前進。主要因為人類的聽覺是各種感覺中的相當重要的一種,也是最基本的一種。為了滿足它的需要,有關的音頻放大器就要不斷地加以改進。
---進入21世紀以后,各種便攜式的電子設備成為了電子設備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通訊工具的手機,到作為娛樂設備的MP3播放機,已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機,便攜式DVD,… 。所有這些便攜式的電子設備的一個共同點就是都有音頻輸出,也就是都需要有一個音頻放大器;另一個特點就是它們都是電池供電的。都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下,D類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。
---高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設備中需要,在大功率的電子設備中也需要。因為,功率越大,效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善,高保真音響設備和更高擋的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設備中,往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時,低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關鍵部件。D類放大器在這些設備中也扮演了極重要的角色。
---現(xiàn)在就讓我們來看一下D類放大器的基本原理和特點。
- D類放大器的工作原理
---可能讀者都早就熟悉了A類、B類、AB類和C類放大器,其實所有這些放大器的區(qū)別只是在于靜態(tài)工作點的選擇。A類放大器具有最大的靜態(tài)工作電流,也就是它在沒有輸入信號的時候也會消耗電流,因而顯然它的效率是最低的。但是,只要選擇合適的工作點,它通常具有最低的失真。B類放大器則選擇了50％的導通時間,它的效率肯定比A類放大器要高,但是失真也要嚴重很多。AB類放大器則是介于A類和B類之間。它的導通時間也是介于50％到100％之間。C類放大器是指那些導通時間小于50％的放大器,通常用于負載為調(diào)諧回路的射頻放大器中。
---D類放大器是一種完全不同的放大器,其實稱之為D類放大器似乎并不恰當。因為它并不只是放大器工作點的選擇。所以也有人稱之為“數(shù)字音頻放大器”。似乎這個名稱更為恰當。因為有一種D類放大器可以接收數(shù)字輸入而省去D/A變換。
---D類放大器所采用的技術其實就是脈寬調(diào)制技術PWM（Pulse Width Modulation）。所謂脈寬調(diào)制技術也就是把模擬音頻信號的幅度來調(diào)制一系列矩形脈沖的寬度。這樣,一個模擬音頻信號就變成了一系列寬度受到調(diào)制的等幅脈沖信號。為什么要這樣做呢？因為這時候,要把信號放大就只要對這系列的脈沖信號放放大就可以了。而原來的模擬信號并不是包含在這個脈沖信號的幅度之中,而是包含在它的寬度之中。只要把這個放大以后的脈寬調(diào)制信號中所包含的低頻分量濾出來就可以得到放大以后的音頻信號。在沒有信號的時候,輸入信號就是對稱方波。所以如果在放大的時候,幅度上產(chǎn)生失真并不會使原來的音頻信號產(chǎn)生失真。在這種情況下的放大器就可以完全工作在開關狀態(tài)。在開關工作狀態(tài),晶體管的效率是很高的。因為在完全導通的時候晶體管的電流很大但是壓降很�。ㄓ善滹柡碗娮铔Q定）,而在截止的時候,加在晶體管的電壓很高,但是流過晶體管的電流很�。ㄖ皇瞧渎╇娏鞫眩�。同時還可以使晶體管在沒有音頻信號時完全工作在截止狀態(tài),這樣其效率就更高。這種脈寬調(diào)制可以用一個等幅三角波來對音頻信號進行采樣。為了避免失真這個三角波的頻率必須遠高于音頻信號的最高頻率分量。它的原理可以用圖1來說明。
圖1。脈寬調(diào)制（PWM）的原理圖
---通常為了不失真地放大最高頻率分量為20KHz的音頻信號,其三角波的重復頻率最好在250KHz以上。以減小對于輸出濾波的要求。
---當這個等幅矩形波的幅度被放大以后,還要還原成原來的音頻信號,這只要用一個低通濾波器濾掉不需要的高頻分量就可以了。這個過程可以用圖2來說明。
---圖中表明了一個1KHz的正弦波音頻信號,經(jīng)過三角波采樣以后的輸出頻譜,其中包含有很多高頻分量。在PWM的輸出后面再加上一個低通濾波器,就可以濾去矩形波的高頻分量,而濾波以后留下的就是有用的音頻信號了。
圖2 原始信號和PWM輸出信號以及經(jīng)過低通濾波器以后的信號頻譜
---同時,過程中的非線性也會使原來的正弦波產(chǎn)生高次諧波,這也會引起了所謂的總諧波失真THD（Total Harmonic Distortion）。在推挽或平衡放大器中,通常沒有偶次諧波,所以在這種電路中,高次諧波中以三次諧波的分量為最大。
二. D類放大器的結構
這種D類放大器的基本原理圖如圖3所示。
圖3.D類放大器的原理圖
---最簡單的PWM就是一個比較器,它的一端輸入原始要放大的信號,另一端就輸入一個高頻三角波。在這個比較器的輸出就是一個脈寬被調(diào)制的矩形波。這個矩形波就直接加到一對互補晶體管進行放大。然后它的輸出就加到一個由L1、C1和R1、C2所構成的低通濾波器。實際上動圈式揚聲器的動圈也是一個電感,它本身也有一定的低通作用。
圖3中的三角波可以采用如圖4的電路來產(chǎn)生。
