数字音頻功率放大器组成和分类

数字音頻功率放大器是一种将输入模拟音頻信号或PCM数字信息变换成PWM(脉冲亮度调制)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/断音頻功率放大器。也称为开关放大器、D类放大器，具有效率高的突出优点.数字音頻功率放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器.放大器由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路和低通滤波器等四部分组成.

输入信号形成电路分PWM处理器和PDM处理两种,将输入信号的振幅变化变换成脉冲宽度的变化或脉冲密度的变化.

大功率开关电路分头桥式和全桥式(BTL连接)两种.大功率开关器件在七十年代都是使用双极型晶体三极管.而现在几乎都只使用N沟道MOS-FET.半桥方式时上下两只管子的工作状态相反轮流通断,全桥方式时两条对角线上的管子工作状态相反轮流通断.

低通滤波器的作用是将脉冲波形整形成漂亮的模拟波形,即滤除PWM或PDM信号的载波成分.常采用功率损耗小的LC型滤波器.

数字放大器中最古典的电路是在开关信号形成电路中使用电压比较器和三角波发生器的方式.用三角波发生器产生的等幅三角试与模拟信号进行电压比较,并变换成PWM信号.这种方式容易受元件参数不一致和参数变化的影响,通常在输入需引入负反馈.

△∑型PDM数字放大器是夏普等公司采用的方式,也称为△∑一比特放大器.开关信号形成电路使用一比特输出的 △∑调制器,用它将模拟信号变换成PDM信号.通常为了改善线性,从输出端身△∑调制器引人有负反馈.

上面两种数字放大器的输入信号都是模拟信号.现在声源已以数字声源为主,所以全数字放大器就成了数字放大器发展的必然趋势.△∑型PWM数字放大器是全数字放大器的一种方式,该全数字放大器的开头信号形成电路由比特变换电路和PWM变换电路组成.比特变换电路的作用是把输入的PCM信号变换成低比特的PCM信号,然后再经PWM变换电路把低比特的PCM信号变换成PWM信号.比特品频带的高端和减少比特压缩引起的信噪比恶化,使用了多比特输出的△∑调制器.在PWM亦换电路采用了前馈补偿,输出两路PWM信号八BTL驱动.这两路PWM信号的相鹫相反,并呈2的补数千关系,使输出组开关器件特性引起的变换误差在大功率开头电路中相互抵消.因此这种电路可以做到失真小且不改引人负反馈.

PDM信号是振幅和时间宽度相同的脉冲,只是脉冲的密度随模拟而变.因此PDM信号在振幅和时间轴方向都是一个比特的信号.而PWM信号是振幅和出现频率一家的脉冲,脉冲宽度随模拟信号的振幅而变.因此,对PWM信号来详振幅方向是一比特的信号.PDM方式为了确保相同的信噪比和动态范围,所使用的开关频率比PWM方式要市,开关频率市达数MHz,例如夏普的SM-SX2000的开关频率就高达5.6448MHz.PWM方式的开关频率可用得较低,但主时钟频率较市,为开关频率的2的N次方倍.

PDM方式的头频率市,所以必须使用输入电客小的开关器件,而这类开关器件的导通电阻往往偏大.相反,PWM方式则可以选用导通电阻较小的开关器件,所以开头电路的效率在85%左右,而又一般的PWM放大器均可获得90%以上的高效率.

目前,TI公司、索尼公司等都已开发出了用于数字音频放大器的专用集成电路,并用这些集成电路生产出了多种全数字放大器,有的产品是面身市端用户而开发的产品.同时各家公司也正在界减少兵真进行着各种研究.