中心議題：

• 音頻放大器的類別介紹
• D類放大器的工作狀態
• D類放大器的硬件結構分析

解決方案：

• 將輸入音頻信號調製成一串電壓脈衝
• 三電平H橋輸出結構完全可以省去LC濾波器
• 通過閉環負反饋來提高電路性能

音yin頻pin功gong率lv放fang大da器qi無wu所suo不bu在zai，有you音yin樂le響xiang起qi的de地di方fang就jiu會hui有you音yin頻pin放fang大da器qi的de身shen影ying，一yi代dai代dai的de電dian子zi工gong程cheng師shi在zai這zhe個ge領ling域yu辛xin勤qin耕geng耘yun撒sa播bo智zhi慧hui。音yin頻pin放fang大da器qi是shi要yao以yi一yi定ding的de音yin量liang和he功gong率lv在zai揚yang聲sheng器qi或huo耳er機ji上shang真zhen實shi
、高效的重現聲音信號。真實和高效一直是功率放大器領域技術進步的源動力。音頻頻率範圍約為20Hz～20kHz
，要求放大器必須在此頻率範圍內具有良好的頻率響應；根據輸出功率不同，放大器可以被細分為不同的輸出功率規格，比如從幾百mW的耳機放大器到2W左右應用於便攜設備的小功率放大器，再到10W、20W的家庭音響用中功率、大功率放大器。
　　
AB類放大器是當今最常用的音頻功率放大器。其不同於最早的A類或B類放大器的區別在於
，AB類放大器采用互補輸出級，通過在輸出端加一定的偏置電流以防止交越失真，從而能夠在提升A類放大器效率的基礎上，提供良好的音質。但它仍是一種線性放大器
，輸出級晶體管工作在線性放大狀態

，為負載提供瞬時連續輸出電流。輸出晶體管工作在線性狀態下，源極、漏極之間的壓降很大。輸出晶體管的瞬時功耗可表示為VDS×IDS，會有相當多的能量將消耗在輸出晶體管上，轉化為熱量。即使最有效的AB類放大器，其效率通常也隻在60~70%左右。
　　
D類lei放fang大da器qi采cai用yong一yi種zhong全quan新xin的de工gong作zuo方fang式shi，其qi輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan工gong作zuo於yu開kai關guan狀zhuang態tai，輸shu出chu端duan在zai正zheng電dian源yuan和he負fu電dian源yuan之zhi間jian切qie換huan產chan生sheng一yi串chuan電dian壓ya脈mai衝chong。當dang輸shu出chu晶jing體ti管guan不bu導dao通tong時shi，輸shu出chu級ji不bu消xiao耗hao任ren何he電dian流liu。輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan導dao通tong電dian阻zu通tong常chang在zai0.2Ω，因此導通時VDS很低
，晶體管上的功耗（VDS×IDS）也很小。低功耗的開關工作方式使得D類lei放fang大da器qi在zai許xu多duo應ying用yong中zhong優you勢shi顯xian著zhu，如ru可ke以yi節jie省sheng印yin製zhi電dian路lu板ban上shang用yong於yu散san熱re的de金jin屬shu麵mian積ji，可ke以yi省sheng去qu專zhuan用yong的de散san熱re片pian，並bing能neng夠gou延yan長chang便bian攜xie式shi設she備bei的de電dian池chi使shi用yong時shi間jian。
　　
Dleifangdaqigongzuoshi，shouxianbixujiangshuruyinpinxinhaotiaozhichengyichuandianyamaichong。xianjinyouhenduofangfajiangshuruyinpinxinhaotiaozhichengdianyamaichong，zuichangyongdejishushimaikuantiaozhijishu(PWM)。從原理上講，PWM調製是通過將輸入音頻信號與固定載波頻率的三角波進行比較，產生一串和載波相同頻率的電壓脈衝。PWM脈衝的占空比正比於該載波周期內音頻信號的幅度，占空比的變化即包含了輸入音頻信號的變化。由於載波頻率通常在音頻信號的10倍以上
，從頻譜上分析，PWM調製在音頻範圍內是無失真的。
　　
通常D類放大器輸出端通過一個LC濾波器連接至揚聲器上。LClvboqiyongyulvchudianyamaichongxinhaozhongdegaopinbufen，zhongjianyinpinxinhao。womenzhidao，yangshengqibenshenjuyouyidingdepinxiangfanwei，renerjibenshangyebuminganyinpinpinlvfanweiyiwaidexinhao，congzhegejiaodulaijiang，LC濾波器完全可以從D類放大器中刪去。讓我們看一下刪去LC濾波器後會發生什麼情況。在沒有任何音頻輸入信號時，比較器會產生一串50%占zhan空kong比bi的de脈mai衝chong，該gai脈mai衝chong直zhi接jie加jia在zai揚yang聲sheng器qi兩liang端duan
，在zai揚yang聲sheng器qi內nei部bu被bei濾lv波bo後hou重zhong建jian至zhi零ling輸shu入ru的de直zhi流liu狀zhuang態tai。這zhe個ge過guo程cheng會hui在zai揚yang聲sheng器qi的de阻zu性xing負fu載zai上shang產chan生sheng很hen大da的de功gong耗hao，降jiang低di了le放fang大da器qi的de效xiao率lv。
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三電平H橋輸出結構完全可以省去LC濾波器。在三電平H橋輸出結構中，輸入音頻信號及其反相信號同時和三角波比較，產生兩串不同的電壓脈衝加在H橋(qiao)的(de)兩(liang)個(ge)半(ban)橋(qiao)上(shang)。兩(liang)串(chuan)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)的(de)差(cha)分(fen)脈(mai)衝(chong)是(shi)實(shi)際(ji)加(jia)在(zai)揚(yang)聲(sheng)器(qi)兩(liang)端(duan)的(de)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)。我(wo)們(men)同(tong)樣(yang)看(kan)一(yi)下(xia)沒(mei)有(you)任(ren)何(he)音(yin)頻(pin)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)時(shi)的(de)情(qing)況(kuang)。沒(mei)有(you)輸(shu)入(ru)信(xin)號(hao)時(shi)
，產(chan)生(sheng)的(de)兩(liang)串(chuan)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)同(tong)相(xiang)且(qie)均(jun)為(wei)50%占zhan空kong比bi，不bu會hui有you任ren何he差cha分fen脈mai衝chong產chan生sheng，也ye就jiu不bu會hui有you任ren何he功gong率lv損sun耗hao。當dang輸shu入ru信xin號hao正zheng向xiang變bian大da時shi，產chan生sheng一yi串chuan正zheng向xiang差cha分fen脈mai衝chong
，揚yang聲sheng器qi上shang會hui有you正zheng向xiang電dian流liu流liu過guo

；dangshuruxinhaofanxiangbiandashi，zechanshengyichuanfanxiangchafenmaichong
，yangshengqishanghuiyoufanxiangdianliuliuguo。yangshengqishangdedianliushizaishuruxinhaobianhuashigenjuxuyaochanshengde，bingbuhuiyouduoyudegonghaobeisunshidiao。

實shi際ji的de電dian路lu中zhong，輸shu出chu級ji和he驅qu動dong電dian路lu總zong會hui包bao含han種zhong種zhong的de不bu理li想xiang因yin素su，導dao致zhi放fang大da器qi輸shu出chu產chan生sheng非fei線xian性xing失shi真zhen。首shou先xian
，輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan具ju有you非fei常chang低di的de導dao通tong電dian阻zu，如ru果guo上shang下xia兩liang個ge輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan同tong時shi導dao通tong，會hui產chan生sheng一yi個ge從congVDD到VSSdedizulujingtongguojingtiguan，congerchanshenghendadechongjidianliu。zaidianyamaichongyougaobiandihuoyoudibiangaoshi，jirongyifashengshuchujijingtiguantongshidaotongdeqingkuang。yinci，bimianshuchujijingtiguantongshidaotonghenzhongyao。weifangzhigaiqingkuangfasheng，bixuzaiyigejingtiguandaotongzhiqianxianqiangzhijianglianggejingtiguandouguanduan。lianggejingtiguandouguanduandeshijianjiangechengweisiqushijian。siqushijianhuigaibianyuanshiPWM脈(mai)衝(chong)的(de)占(zhan)空(kong)比(bi)，並(bing)導(dao)致(zhi)放(fang)大(da)器(qi)輸(shu)出(chu)產(chan)生(sheng)失(shi)真(zhen)。設(she)計(ji)中(zhong)通(tong)常(chang)采(cai)用(yong)最(zui)短(duan)的(de)死(si)區(qu)時(shi)間(jian)，既(ji)防(fang)止(zhi)輸(shu)出(chu)晶(jing)體(ti)管(guan)同(tong)時(shi)導(dao)通(tong)，又(you)能(neng)將(jiang)失(shi)真(zhen)盡(jin)可(ke)能(neng)的(de)減(jian)小(xiao)。另(ling)外(wai)，輸(shu)出(chu)脈(mai)衝(chong)的(de)上(shang)升(sheng)時(shi)間(jian)和(he)下(xia)降(jiang)時(shi)間(jian)不(bu)匹(pi)配(pei)，以(yi)及(ji)輸(shu)出(chu)級(ji)晶(jing)體(ti)管(guan)驅(qu)動(dong)電(dian)路(lu)參(can)數(shu)不(bu)匹(pi)配(pei)，同(tong)樣(yang)會(hui)改(gai)變(bian)原(yuan)始(shi)PWM脈衝的占空比，進而同樣在放大器輸出上產生失真。

讓我們再看一下播放音樂時電源上會發生什麼情況。電源通過0.2Ω電(dian)阻(zu)的(de)輸(shu)出(chu)級(ji)晶(jing)體(ti)管(guan)直(zhi)接(jie)連(lian)接(jie)至(zhi)揚(yang)聲(sheng)器(qi)。實(shi)際(ji)的(de)電(dian)源(yuan)總(zong)是(shi)存(cun)在(zai)一(yi)定(ding)的(de)內(nei)阻(zu)，在(zai)播(bo)放(fang)音(yin)樂(le)時(shi)
，電(dian)源(yuan)上(shang)會(hui)產(chan)生(sheng)兩(liang)倍(bei)於(yu)信(xin)號(hao)頻(pin)率(lv)的(de)紋(wen)波(bo)，紋(wen)波(bo)幅(fu)度(du)會(hui)隨(sui)電(dian)源(yuan)內(nei)阻(zu)大(da)小(xiao)不(bu)同(tong)而(er)不(bu)同(tong)。該(gai)紋(wen)波(bo)通(tong)過(guo)0.2Ω電dian阻zu的de輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan直zhi接jie耦ou合he到dao揚yang聲sheng器qi
，在zai輸shu出chu信xin號hao中zhong產chan生sheng偶ou次ci音yin頻pin噪zao聲sheng。從cong電dian路lu角jiao度du來lai看kan
，這zhe種zhong音yin頻pin噪zao聲sheng來lai自zi於yu較jiao差cha的de電dian源yuan抑yi製zhi比bi性xing能neng
，即ji通tong過guo電dian源yuan耦ou合he，電dian源yuan紋wen波bo會hui在zai放fang大da器qi輸shu出chu上shang產chan生sheng高gao階jie偶ou次ci失shi真zhen。

為了降低失真，可以采用類似AB類lei放fang大da器qi的de方fang式shi，通tong過guo閉bi環huan負fu反fan饋kui來lai提ti高gao電dian路lu性xing能neng。從cong原yuan理li上shang講jiang，閉bi環huan負fu反fan饋kui是shi通tong過guo在zai比bi較jiao器qi前qian增zeng加jia噪zao聲sheng整zheng形xing濾lv波bo器qi，將jiang放fang大da器qi輸shu入ru輸shu出chu間jian的de誤wu差cha噪zao聲sheng整zheng形xing，衰shuai減jian音yin頻pin範fan圍wei內nei的de失shi真zhen，提ti高gao放fang大da器qi的de線xian性xing度du。這zhe種zhong誤wu差cha既ji來lai自zi於yu輸shu出chu晶jing體ti管guan及ji驅qu動dong電dian路lu
，也ye來lai自zi於yu電dian源yuan紋wen波bo的de直zhi接jie耦ou合he
，因yin此ci既ji提ti高gao了le放fang大da器qi的de線xian性xing度du，也ye提ti高gao了le放fang大da器qi的de電dian源yuan抑yi製zhi比bi。類lei比bi於yu線xian性xing放fang大da器qi
，噪zao聲sheng整zheng形xing濾lv波bo器qi實shi際ji上shang為wei環huan路lu在zai音yin頻pin範fan圍wei內nei提ti供gong了le很hen大da的de開kai環huan增zeng益yi。優you化hua設she計ji的de閉bi環huanD類放大器
，可以達到PSRR>60dB和THD<0.1%的良好性能。

PT5306/26是華潤矽威科技近期推出的兩款高性能D類放大器。PT5306為單通道2.5WD類放大器
，PT5326是雙通道2.1WD類放大器。這兩款產品均采用閉環負反饋三電平H橋輸出PWM調製結構
，輸出端可不使用LC濾lv波bo器qi，直zhi接jie連lian接jie至zhi揚yang聲sheng器qi。通tong過guo精jing心xin設she計ji內nei部bu噪zao聲sheng整zheng形xing濾lv波bo器qi，達da到dao了le良liang好hao的de性xing能neng。從cong典dian型xing測ce試shi數shu據ju來lai看kan，性xing能neng參can數shu決jue不bu亞ya於yu國guo外wai同tong類lei型xing產chan品pin。如ru3.6V電源電壓，8歐姆負載，0.5W輸出功率下，1kHz頻率THD+N在0.1%
，500Hz頻率THN+N在0.06%。內部集成4個0.25Ω導通電阻的輸出晶體管構成H橋輸出級，在5V電源電壓，8歐姆負載，1W輸出功率下，效率可達88%以上。這兩款產品可廣泛應用於各類便攜式多媒體設備上，如手機
、MP3、MP4
、數碼相框和小功率USB便攜音箱上。

PT5306/26包含完整的“劈啪聲”抑製方案
，以做到安靜的關斷或喚醒放大器。在保護電路方麵
，PT5306/26也精心集成了過熱和過流保護。盡管D類lei放fang大da器qi輸shu出chu級ji功gong耗hao遠yuan低di於yu線xian性xing放fang大da器qi
，但dan如ru果guo放fang大da器qi長chang時shi間jian提ti供gong非fei常chang高gao的de功gong率lv，仍reng會hui導dao致zhi器qi件jian過guo熱re。為wei了le防fang止zhi過guo熱re危wei險xian，當dang溫wen度du超chao過guo熱re關guan斷duan安an全quan閾yu值zhi時shi，輸shu出chu級ji關guan斷duan並bing保bao持chi到dao器qi件jian冷leng卻que下xia來lai。另ling外wai，如ru果guo兩liang輸shu出chu端duan間jian短duan路lu
，會hui產chan生sheng巨ju大da的de電dian流liu，如ru果guo不bu采cai取qu保bao護hu措cuo施shi
，大da電dian流liu會hui損sun壞huai輸shu出chu級ji晶jing體ti管guan。因yin此ci，需xu要yao在zai輸shu出chu晶jing體ti管guan上shang添tian加jia最zui大da電dian流liu限xian製zhi，如ru果guo輸shu出chu電dian流liu超chao過guo安an全quan閾yu值zhi
，輸shu出chu級ji自zi動dong關guan斷duan。

放fang大da器qi應ying用yong時shi

，經jing常chang會hui遇yu到dao輸shu入ru幅fu度du過guo大da的de情qing況kuang。這zhe種zhong情qing況kuang會hui導dao致zhi放fang大da器qi輸shu出chu達da到dao限xian幅fu狀zhuang態tai。處chu於yu限xian幅fu狀zhuang態tai的de閉bi環huan調tiao製zhi器qi
，即ji使shi輸shu入ru信xin號hao低di至zhi過guo載zai輸shu入ru幅fu度du以yi下xia，調tiao製zhi器qi輸shu出chu仍reng滯zhi後hou於yu輸shu入ru信xin號hao，長chang時shi間jian處chu於yu輸shu出chu過guo載zai狀zhuang態tai。這zhe種zhong滯zhi後hou
，在zai輸shu入ru大da幅fu度du信xin號hao時shi
，放fang大da器qi輸shu出chu端duan會hui引yin入ru額e外wai的de非fei線xian性xing。PT5306/26通過精心設計的調製器防過載電路
，在調製器過載條件消失後，能快速的跟上輸入信號的變化。

為了避免由於放大器自身噪聲產生的嘶嘶聲
，便攜式應用的小功率放大器，通常要求90dB的信噪比。PT5306/26通過精心的優化電路中每一處噪聲源

，達到了滿意的信噪比。

PWM調製結構簡單容易實現，但是會產生EMI問題。從原理上講，PWM輸出電壓脈衝在載波頻率的倍頻上包含很大的能量，這些頻率分量會產生大量EMI。如載波頻率500kHz，從PWM輸出脈衝的頻譜上看，30MHz以(yi)內(nei)載(zai)波(bo)諧(xie)波(bo)頻(pin)段(duan)上(shang)能(neng)量(liang)很(hen)大(da)。使(shi)用(yong)三(san)電(dian)平(ping)調(tiao)製(zhi)可(ke)以(yi)減(jian)少(shao)這(zhe)些(xie)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang)的(de)幅(fu)度(du)。如(ru)要(yao)進(jin)一(yi)步(bu)的(de)減(jian)小(xiao)這(zhe)些(xie)頻(pin)率(lv)分(fen)量(liang)的(de)幅(fu)度(du)，可(ke)以(yi)通(tong)過(guo)抖(dou)頻(pin)技(ji)術(shu)實(shi)現(xian)。PT5306/26包含抖頻調製技術，通過在一定頻率範圍內不斷變化載波頻率，將30MHz內諧波頻率的能量均分到除音頻範圍外的整個頻帶中。通常，EMI需要考慮對空間的輻射和通過揚聲器及電源線的傳導。D類放大器調製方案決定了傳導和輻射EMI的基線譜。如果需要進一步降低放大器的EMI，可以使用一些板級的設計方法。

D類放大器應用時，應當注意電源端旁路儲能電容CS的選取。放大器工作時，對電源幹擾嚴重。如果VDD端的旁路儲能電容選用不合理，放大器會通過幹擾電源，進而導致係統其他部分工作不正常。最佳的方案是CS采用表麵貼裝的鉭電解電容。如果成本和PCB布板尺寸限製不允許采用鉭電解電容，可以采用0805或0603封裝的貼片陶瓷電容，且電容值在4.7uF以上，可以有效的降低放大器工作時對電源的幹擾。