1、本科毕业设计 (论文 )文献综述 电子信息 工程 D 类功率放大器 摘要 ：目前便携式消费类电子产品（如：手机、 MP3、 PDA、便携式 GPS等）日益流行，这对电池工作时间和寿命的要求也日益增强，以效率高、低失真为特点的 D类功率放大器就开始广泛地应用于这些产品中。在传统晶体管放大器中 ， 输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管 。 音频放大器可分为 A类、 AB 类、 B 类和 D 类放大器。 D类放大器与线性音频放大器（如 A类、 B类和 AB类）相比，在功效上有相当的优势 1。 关键词： D类功率放大器 一、 功率放大器的介绍 能输出所需功率的 放大器称为功率放大器 。 在功率放大器
2、中，三极管主要起能量转换的作用，即把电源的能量转换为由信号控制的能量 。 功率放大器要解决的主要问题是在允许的非线性失真条件下，输出的信号功率尽可能大 ， 而三极管本身的损耗尽可能小。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同 2。 功率放大器根据其工作状态可分为 5类 ， 即 A类 、 B类、 AB类、 C类和 D类。 A 类放大器：晶体管在输入信号的整个周期内均导通。放大器可单管工作。由于放大器工作在特性曲线的线性范 围内 ， 所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，优点是不存
3、在 非线性失真 3。 B 类放大器： 正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。优点是效率高，缺点是会产生交越失真 4。 AB 类放大器：晶体管的导通时间稍大于半周期，小于一个周期，必须用两管推挽工作，可以避免交越失真。交替失真较大，可以抵消偶次谐波失真 。 有效率较高，晶体管功耗较小的特点。 C 类放大器：效率高，但电路复杂、音质差，在音频功放领域中， C 类功放是用于发射电路中，不能直接采用模拟信号输入。 D 类放大器：比较特殊，它只有两种状态，即通、断。因此，它不能直接放大模拟音频信号，而需要把模拟信号经“脉宽调制”变
4、换后再放大。外行曾把此种具有 “ 开关”方式的放大，称为“数字放大器” 。 相比其他放大器，具有效率高、体积小、重量轻、输出功率大等优点。 二、 D 类放大器详解 D 类放大器是一种将输入模拟音频信号或 PCM 数字信息变换成 PWM（ 脉冲宽度调制 ） 或PDM（ 脉冲密度调制 ） 的脉冲信号 ， 然后用 PWM或 PDM 的脉冲信号去控制大功率开关器件通 /断音频功率放大器，也称为开 关放大器 （ 有时也称为数字功放 ）。 在理想情况下，功放管导通时内阻为零，两端没有电压，因此没有功率损耗；而截止时，内阻无穷大，电流又为零 ，也没有功率损耗 。 它在实际的工作中的功率消耗主要由两部分构成：
5、转换损耗和 I2R 损耗 。当开关式放大器输出在接通和断开之间切换 ， 或断开和接通之间切换时通过线性区域而消耗功率。在 D 类功放中开关管如果采用的是金属氧化物半导体场效应晶体管（ MOSFET 管 ），它的开关导通电阻较小一般远远小于 1，所以 I2R 损耗相对来说还是很小的。当达到最大额定功率时， D 类放大器的效率在 80到 90的范围 内。在典型的听音条件下，效率也可达到 65到 80左右，约为 AB 类放大器的两倍以上 5。 D 类放大器特点如下： 1、 具有很高的效率，通常能够达到 85%以上。 2、 体积小，可以比模拟的放大电路节省很大的空间。 3、 无裂噪声接通。 4、 低失
6、真，频率响应曲线好。外围元器件少，便于设计调试。 如图 1 所示， D 类功率放大器包含以下模块：三角波产生电路、音频前置放大电路、脉宽调制电路、脉冲功率放大和低通滤波器。 图（ 1） 各模块功能如下： 音频前置放大电路 ， 因为输入的 音频信号幅度比较小，所以要先前置放大再与三角波进行比较；锯齿波发生器，产生线性良好的三角波；脉宽调制电路，对输入信号和三角波进行比较，通过调节同相端的电位器可以调节输入信号的直流电平，获得脉宽与输入信号幅度成正比的调制信号；脉冲功率放大，用于放大信号波形；低通滤波，滤除载波，使输入的音频信号完全通过 6。 A 类、 B 类和 AB 类放大器是模拟放大器， D
7、类放大器是数字放大器。 B 类和 AB 类推挽放大器比 A 类放大器效率高、失真较小，功放晶体管功耗较小，散热好，但 B 类放大器在晶体管导通与截止状态的转换过程中会因其开关特性 不佳或因电路参数选择不当而产生交替失真。而 D 类放大器具有效率高低失真，频率响应曲线好。外围元器件少优点。 AB 类放大器和 D 类放大器是目前音频功率放大器的基本电路形式 7。 这些传统的模拟功放工作在晶体管的线性放大区 ,保真度较高 ， 但效率低 、 能耗大 ， 输出达到峰值时的效率为 78%， 且要求有良好的散热设备 ， 因而设备体积和重量均较大。 D 类功放具有效率高、体积小 、 重量轻、输出功率大等优点
8、， 其功耗主要来自输出晶体管导通阻抗、开关损耗和静态电流开销 。 放大器的功耗主要以热量的形式耗散 。 由于 D 类功放对散热器的要求大为降低 ， 甚 至可不用散热器 ， 因此非常适用于紧凑型大功率应用 ， 更成为便携式设备中不可替代的产品 8。 三、总结 近年来 ， 由于便携式音频设备、计算机多媒体设备以及汽车音响的迅速发展 ， 对功率放大器的效率和体积提出了非常高的要求。 D 类放大器由于工作在开关状态 ， 效率可高出线性放大器 2 3 倍 ， 因此能极大地降低能源损耗 ， 减小放大器体积 ， 在体积 、 效率和功耗要求较高的场合具有很大的优势 。 并且随着器件工艺水平的提高 ， D 类放
9、大器在成本上也已经可以接受。 D 类放大器是目前音频播放器的非常有前途的发展方向，它更好地适应了便携式电子音频设备对功率 放大器的高效率，低失真的的发展要求 。 参考文献 1 倪磊 .D 类音频功率放大器的分析和设计要素 J.电子与封装， 2008.06，第 8 卷第 6 期 2 Sean Davis.D 类放大器的发展趋势 J.今日电子， 2005.09 3 中国企业库 官网 4 功率放大器 ； 百度百科 5 电子元件技术： 8 林云 .D 类功率放大器的原理与应用 J.电子制作， 2007.11 9 郑 友均 .D 类功率放大器的设计 J.中国新技术新产品 .2010 年 04 期 11
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