傳(chuan)統(tong)的(de)音(yin)頻(pin)放(fang)大(da)技(ji)術(shu)是(shi)一(yi)個(ge)充(chong)滿(man)挑(tiao)戰(zhan)的(de)領(ling)域(yu)
，發(fa)燒(shao)友(you)們(men)對(dui)於(yu)構(gou)成(cheng)家(jia)庭(ting)音(yin)頻(pin)最(zui)佳(jia)設(she)置(zhi)的(de)要(yao)素(su)有(you)明(ming)顯(xian)不(bu)同(tong)意(yi)見(jian)。對(dui)於(yu)那(na)些(xie)堅(jian)持(chi)使(shi)用(yong)經(jing)典(dian)放(fang)大(da)器(qi)拓(tuo)撲(pu)架(jia)構(gou)的(de)用(yong)戶(hu)，他(ta)們(men)的(de)要(yao)求(qiu)主(zhu)要(yao)集(ji)中(zhong)體(ti)現(xian)在(zai)準(zhun)確(que)的(de)音(yin)頻(pin)再(zai)現(xian)方(fang)麵(mian)，而(er)幾(ji)乎(hu)不(bu)考(kao)慮(lv)解(jie)決(jue)方(fang)案(an)的(de)整(zheng)體(ti)用(yong)電(dian)效(xiao)率(lv)。雖然這在家庭音頻環境中完全合理，但在許多其它應用中都要求較高的放大器效率。這或許是為了節省能源，並延長電池壽命
，或是為了減少散熱，從而使產品更致密、更緊湊。

 

音頻放大器有幾種基本類型，包括A類、AB類和B類

，它們都利用其晶體管的線性區域，並以最小失真完美地再現輸入音頻信號。研究表明，這種設計理論上可以實現高達80％的效率
，但實際上，它們的效率約為65％或更低。在當今由電池供電的智能手機、數字增強型無繩電信（DECT）手機和藍牙揚聲器等電子產品中，效率低下會對電池壽命產生巨大影響。像在電子行業的大多數其他領域（如電源轉換器）一樣，使用開關技術
，而非線性技術的設計方法似乎能夠有望實現突破。

 

D類放大器首先是在上世紀50年代出現，它使用一對開關器件進行推/挽配置（圖1）。脈衝寬度調製（PWM）信號占空比由輸入音頻信號控製
，可確保開關器件處於打開或關斷狀態
，從而將其線性區域的操作保持在最低水平。這不僅能夠實現100％的理論效率，而且還具有零失真的潛力。 

 

 

當時
，市場上隻有鍺晶體管，但是它經過證明不適合這種開關拓撲架構的需求，因此早期的放大器設計並不成功。直到後來

，隨著MOSFET技術的出現，D類(lei)設(she)計(ji)才(cai)得(de)起(qi)死(si)回(hui)生(sheng)。如(ru)今(jin)，此(ci)類(lei)放(fang)大(da)器(qi)因(yin)其(qi)高(gao)能(neng)效(xiao)而(er)在(zai)各(ge)個(ge)領(ling)域(yu)得(de)到(dao)廣(guang)泛(fan)應(ying)用(yong)。在(zai)當(dang)今(jin)的(de)平(ping)板(ban)電(dian)視(shi)和(he)汽(qi)車(che)音(yin)響(xiang)控(kong)製(zhi)單(dan)元(yuan)等(deng)設(she)計(ji)中(zhong)，緊(jin)湊(cou)性(xing)是(shi)一(yi)項(xiang)非(fei)常(chang)迫(po)切(qie)的(de)要(yao)求(qiu)
，D類放大器在其中也很受歡迎
，因為它通常不需要笨重的散熱器。

 

基於GaN的高電子遷移率晶體管（HEMT）是一種新技術
，可用作D類設計中的開關器件，並可提供更高的效率和音頻質量。

 

滿足D類放大器的需求

 

為了能夠接近D類放大器理論上的高性能，開關器件需要具備低導通電阻，以最大程度地降低I2R損耗。GaN器件具有比Si MOSFET低得多的導通電阻，並且可以通過較小的芯片麵積實現。反過來，這種小芯片封裝也可以幫助設計師將更多緊湊型放大器推向市場。

 

開關損耗是另一個需要充分考慮的因素。在中
、高功率輸出時
，D類放大器的性能非常出眾。但是，由於功率器件中的損耗，功率輸出最低時的效率也最低。

 

為了克服這一挑戰

，一些D類lei放fang大da器qi采cai用yong兩liang種zhong工gong作zuo模mo式shi。在zai播bo放fang低di音yin量liang音yin頻pin時shi，這zhe種zhong多duo級ji技ji術shu限xian製zhi了le功gong率lv器qi件jian可ke以yi切qie換huan到dao的de輸shu出chu電dian壓ya。一yi旦dan輸shu出chu音yin量liang達da到dao設she定ding的de閾yu值zhi，開kai關guan的de輸shu出chu電dian壓ya軌gui就jiu會hui增zeng大da，從cong而er可ke提ti供gong完wan整zheng的de電dian壓ya擺bai幅fu。為wei了le進jin一yi步bu降jiang低di開kai關guan損sun耗hao的de影ying響xiang，在zai低di輸shu出chu量liang時shi可ke以yi使shi用yong零ling電dian壓ya開kai關guan（ZVS）技術，而在高功率水平時改為硬開關。

 

當使用Si MOSFET實施時，由於功率器件關斷和導通時輸出的非零電壓，硬開關模式會導致體二極管中產生電荷累積。之後，積累的反向恢複電荷（Qrr）需要放電，這其中需要的時間在PWM控製實施過程中應該考慮。而如果采用GaN進行設計
，則沒有這個問題，因為這些晶體管沒有固有的體二極管
，因此也就沒有Qrr，這樣可以實現更高的總體效率
、改進的失真係數以及更清晰的開關波形。

 

fangdaqizailingdianyakaiguanmoshixiagongzuoshi，youyushuchudezhuanbianshitongguodiangandianliuhuanxianglaishixian，keyouxiaoxiaochukaiguanzhongdekaiguansunhaoheyoucichanshengdegonglvsunshi。raner，yusuoyoubanqiaoshejiyiyang，xuyaokaolvzhitong（shoot-through）問題，即高側和低側開關同時導通的現象。通常可以插入一個稱為消隱時間（blanking time）的短延遲，以確保其中一個開關在導通之前另一個開關完全關斷。需要注意的是，該延遲會影響 PWM 信號，導致音頻輸出失真，因此設計中的一個目標是盡可能縮短延遲，以維持音頻保真度。該延遲的長度取決於功率器件的輸出電容Coss。雖然GaN晶體管尚未完全消除Coss
，但明顯低於Si MOSFET器件。因此
，使用 GaN 時
，其較短的消隱時間會導致更小的放大器失真。

 

盡jin管guan上shang麵mian提ti到dao的de改gai進jin，這zhe種zhong電dian容rong中zhong儲chu存cun的de能neng量liang仍reng有you待dai處chu理li
，在zai下xia一yi個ge導dao通tong周zhou期qi中zhong被bei消xiao耗hao掉diao。但dan是shi這zhe些xie損sun耗hao的de影ying響xiang在zai較jiao高gao開kai關guan頻pin率lv下xia尤you其qi明ming顯xian，因yin此ci基ji於yu GaN 的設計比 Si放大器具有更高的效率。

 

如何實現GaN 的優勢

 

GaN HEMT 晶體管與 Si MOSFET 命名其各個端子的方式完全相同
，具有柵極、漏極和源極。借助於柵極和源極之間的二維電子氣體（2DEG）
，它們實現了極低電阻，由於提供有電子池，因此可有效地實現短路。當不加柵極偏壓（VGS = 0V）時，p-GaN柵極將停止導通。GaN HEMT 是雙向器件，這一點與矽器件不同。因此，如果允許漏極電壓降至源極電壓以下，則可能會產生反向電流。GaN HEMT 晶體管具有潔淨的開關波形
，這也是其優勢所在，主要是沒有Si MOSFET中常見的體二極管（圖2）。這是與 PN 結相關的大量開關噪聲的原因。