功放，與模擬功放的主要差別在于前者功放管處于開關(guān).doc

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1、數(shù)字功放及其在測量時的注意事項江蘇省電子信息產(chǎn)品質(zhì)量監(jiān)督檢驗研究院史錫亭數(shù)字功放即脈沖調(diào)制的D類功放，與模擬功放的主要差別在于前者功放管處于開關(guān)工作狀態(tài)。在數(shù)字功放出現(xiàn)以前，音頻功率放大器最常用的為AB類功放，AB類功放保留了B類功放效率高的優(yōu)點，同時由于使用小偏置電流而能實現(xiàn)較小的交越失真，在重放正弦波時理想效率高于70%。因為實際重放的聲信號有很大的動態(tài)范圍，如AM收音、磁帶能達到50dB，F(xiàn)M收音、CD遠超過此值，從而導(dǎo)致模擬音頻功放實際效率很低，功放級需要較大的散熱片，限制了其在對散熱及效率較高要求場合的使用。下

2、圖為AB類功放在重放正弦波時的最大效率，其中輸出0dB為開始削波時的功率。模擬功放輸出級的功放管工作在線性放大區(qū)域中，它按照輸入音頻信號大小控制輸出的大小，就像串在電源與輸出間的一只可變電阻，控制輸出，但同時自身也在消耗電能。數(shù)字功放的功放管工作在開關(guān)狀態(tài)，當(dāng)其飽和導(dǎo)通時兩端壓降很小，當(dāng)然功耗也??；而截止時，漏電流極小，幾乎不消耗功率。所以數(shù)字功放電源的利用率就特別高。下圖為A類、B類和D類放大器輸出級的功率效率比較。其中：POWEREFFICIENCY功率效率；NORMALIZEDLOADPOWER歸一化負載功率；CL

3、ASSDAD199xMEASURED為AD199xD類放大器測量值；CLASSBIDEAL為B類放大器理想值；CLASSAIDEAL為A類放大器理想值。輸出功率和效率的差異在中等功率水平處很大。這對于音頻很重要，因為大音量音樂的長期平均功率水平要比達到Pmax的瞬時峰值水平低很多（為其1/5到1/20，取決于音樂類型）。對于音頻功放，若認為PLOAD=0.1PLOADmax是一個合理的平均功率水平，按照這個功率水平評估D類功放輸出級的功耗是B類功放輸出級的1/9，是A類功放輸出級的1/107。調(diào)制技術(shù)如下圖所示，其一為脈

4、寬調(diào)制技術(shù)，即將音頻信號轉(zhuǎn)換為PWM數(shù)字音頻信號，PWM信號的占空比與原音頻信號的瞬時值相關(guān)，占空比50%表示音頻信號瞬時值為0；另一種脈沖調(diào)制技術(shù)被稱為脈沖密度調(diào)制技術(shù)（PDM），脈沖密度大的地方，表示電壓高；稀的地方，電壓就低。音頻PWM編碼可以從兩種途徑獲得，一是對模擬音頻信號進行模數(shù)變換直接生成PWM數(shù)字音頻。二是對其它編碼的數(shù)字音頻，如CD的PCM編碼，通過數(shù)字信號處理技術(shù)變換成PWM碼。數(shù)字功放的音量調(diào)節(jié)方法常用的有兩種。簡單方法就像傳統(tǒng)模擬功放那樣由電位器衰減模擬信號的輸入幅度，實現(xiàn)音量衰減。這種方式數(shù)字信

5、號的量化比特率得不到充分利用，小音量時信噪比下降，動態(tài)范圍變小。而且也不能用于數(shù)字音頻直接輸入系統(tǒng)。另一種方法是采用調(diào)節(jié)直流電源電壓的方式來調(diào)節(jié)音量，以改變加到低通濾波器上的脈沖電壓幅度來改變輸出功率。這樣量化比特率仍可充分利用，由于電壓下降，量化噪聲也隨之下降，所以音量減小，但信噪比和動態(tài)范圍仍能保持不變。改變電源電壓的高效方法使用DC-DC逆變器，通過改變占空比來改變輸出電壓。開關(guān)晶體輸出的是脈寬調(diào)制波形，在20kHz頻率以上有很寬的頻譜，為保護揚聲器、保障功放重放有用信號的效率及EMI的需要，在功放的輸出端需加如下

6、圖所示的20kHz低通濾波器以將開關(guān)脈沖信號還原為原始音頻信號。電路中電感損耗應(yīng)盡可能小，最大允許電流要選用正確，使其在最大電流時電感磁芯不能處于磁飽和狀態(tài)，以保障功放的輸出阻抗、諧波失真、高頻雜訊性能。從上圖可以看出數(shù)字功放輸出端濾波電路阻帶衰減緩慢，因在20kHz以上不在人耳的可聽范圍，故不會影響其使用，但在測量信噪比、諧波失真等指標(biāo)時20kHz以上信號將嚴(yán)重影響測量結(jié)果，所以在測量時必須在音頻分析儀前加高階低通濾波器。在數(shù)字功放輸出端沒有濾波電路時，音頻分析儀前必須使用無源低通濾波器，當(dāng)數(shù)字功放輸出端有濾波電路時，

7、可以使用有源濾波器。