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

yinpingonglvfangdaqiwusuobuzai
，youyinlexiangqidedifangjiuhuiyouyinpinfangdaqideshenying，yidaidaidedianzigongchengshizaizhegelingyuxinqingengyunsabozhihui。yinpinfangdaqishiyaoyiyidingdeyinlianghegonglvzaiyangshengqihuoerjishangzhenshi、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。
　　
Dleifangdaqicaiyongyizhongquanxindegongzuofangshi，qishuchujijingtiguangongzuoyukaiguanzhuangtai，shuchuduanzaizhengdianyuanhefudianyuanzhijianqiehuanchanshengyichuandianyamaichong。dangshuchujingtiguanbudaotongshi
，shuchujibuxiaohaorenhedianliu。shuchujijingtiguandaotongdianzutongchangzai0.2Ω

，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。
　　
D類(lei)放(fang)大(da)器(qi)工(gong)作(zuo)時(shi)，首(shou)先(xian)必(bi)須(xu)將(jiang)輸(shu)入(ru)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)成(cheng)一(yi)串(chuan)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)。現(xian)今(jin)有(you)很(hen)多(duo)方(fang)法(fa)將(jiang)輸(shu)入(ru)音(yin)頻(pin)信(xin)號(hao)調(tiao)製(zhi)成(cheng)電(dian)壓(ya)脈(mai)衝(chong)，最(zui)常(chang)用(yong)的(de)技(ji)術(shu)是(shi)脈(mai)寬(kuan)調(tiao)製(zhi)技(ji)術(shu)(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。LC濾lv波bo器qi用yong於yu濾lv除chu電dian壓ya脈mai衝chong信xin號hao中zhong的de高gao頻pin部bu分fen，重zhong建jian音yin頻pin信xin號hao。我wo們men知zhi道dao，揚yang聲sheng器qi本ben身shen具ju有you一yi定ding的de頻pin響xiang範fan圍wei，人ren耳er基ji本ben上shang也ye不bu敏min感gan音yin頻pin頻pin率lv範fan圍wei以yi外wai的de信xin號hao，從cong這zhe個ge角jiao度du來lai講jiang
，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wei50%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。

shijidedianluzhong，shuchujihequdongdianluzonghuibaohanzhongzhongdebulixiangyinsu，daozhifangdaqishuchuchanshengfeixianxingshizhen。shouxian
，shuchujijingtiguanjuyoufeichangdidedaotongdianzu
，ruguoshangxialianggeshuchujijingtiguantongshidaotong，huichanshengyigecongVDD到VSSdedizulujingtongguojingtiguan
，congerchanshenghendadechongjidianliu。zaidianyamaichongyougaobiandihuoyoudibiangaoshi，jirongyifashengshuchujijingtiguantongshidaotongdeqingkuang。yinci，bimianshuchujijingtiguantongshidaotonghenzhongyao。weifangzhigaiqingkuangfasheng

，bixuzaiyigejingtiguandaotongzhiqianxianqiangzhijianglianggejingtiguandouguanduan。lianggejingtiguandouguanduandeshijianjiangechengweisiqushijian。siqushijianhuigaibianyuanshiPWMmaichongdezhankongbi，bingdaozhifangdaqishuchuchanshengshizhen。shejizhongtongchangcaiyongzuiduandesiqushijian，jifangzhishuchujingtiguantongshidaotong，younengjiangshizhenjinkenengdejianxiao。lingwai，shuchumaichongdeshangshengshijianhexiajiangshijianbupipei，yijishuchujijingtiguanqudongdianlucanshubupipei
，tongyanghuigaibianyuanshiPWM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guo0.2Ω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LClvboqi，zhijielianjiezhiyangshengqi。tongguojingxinshejineibuzaoshengzhengxinglvboqi
，dadaolelianghaodexingneng。congdianxingceshishujulaikan，xingnengcanshujuebuyayuguowaitongleixingchanpin。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Dleifangdaqishuchujigonghaoyuandiyuxianxingfangdaqi
，danruguofangdaqichangshijiantigongfeichanggaodegonglv，renghuidaozhiqijianguore。weilefangzhiguoreweixian，dangwenduchaoguoreguanduananquanyuzhishi，shuchujiguanduanbingbaochidaoqijianlengquexialai。lingwai，ruguoliangshuchuduanjianduanlu
，huichanshengjudadedianliu，ruguobucaiqubaohucuoshi，dadianliuhuisunhuaishuchujijingtiguan。yinci，xuyaozaishuchujingtiguanshangtianjiazuidadianliuxianzhi
，ruguoshuchudianliuchaoguoanquanyuzhi，shuchujizidongguanduan。

fangdaqiyingyongshi，jingchanghuiyudaoshurufuduguodadeqingkuang。zhezhongqingkuanghuidaozhifangdaqishuchudadaoxianfuzhuangtai。chuyuxianfuzhuangtaidebihuantiaozhiqi
，jishishuruxinhaodizhiguozaishurufuduyixia，tiaozhiqishuchurengzhihouyushuruxinhao，changshijianchuyushuchuguozaizhuangtai。zhezhongzhihou，zaishurudafuduxinhaoshi
，fangdaqishuchuduanhuiyinruewaidefeixianxing。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。