参考文献 27

致  谢 28

1 前言

1.1音频功率放大器概况

音频功率放大器在笔记本电脑、手机等消费类电子产品中应用非常广泛。传统音频功率放大器主要有A类(甲类)、B类(乙类)和AB类(甲乙类)三种。

    A类功放，也称甲类放大，该类功放的静态工作点一般选在负载线的中点，在输入信号的整个周期内都不会出现电流截止的现象，功放处于良好的线性工作状态，几乎没有非线性失真，仅从失真的角度来看，A类功放是回放音乐的理想选择。但 A类功放的效率太低，即使在没有信号输入的情况下，电源也始终不断地输送功率，电路器件始终有静态电流通过，并以热量的形式散发出去，所以A类功率放大器的发热量很大，为了有效处理散热问题，就必须增加大型散热器。因此A类功率放大器仅适合用于小功率的收音机，助听器中。

    B类功放，也称乙类放大，该类功放的静态工作点一般选在负载线的零点，当无信号输入时，输出晶体管不导电，不消耗功率。当有信号时，每对输出管各放大一半波形，彼此轮流工作完成一个全波放大。但在两个输出晶体管轮换工作过程中容易发生交越失真。B类功放的效率相对比较高，平均为75％左右。

    AB类功放，也称甲乙类功放，其工作电流大小介于甲类与乙类之间，AB类功放通常有两个偏置电压，在无信号时也有少量电流流过输出晶体管。它在信号小时工作时处于A类工作模式以获得最佳线性，当信号提升到某一电平时自动转为B类工作模式以获得较高的效率。工作时，AB类功放大部分时间都是处于A类模式。该功放可以获得优良的音质并可以提升效率，减少热量。

    C类放大器一般把静态工作点设置在截止点之下，只有当正半周的输入信号足够大时，晶体管才会导通，因此晶体管导通时间小于半个周期，效率高。但由于失真过大，难用于音频功放。一般主要用于射频放大，如无线电台和电视发射系统等。

    D类功放，也称丁类功放，其实是开关型功放。D类功率放大器一般由输入信号处理电路、开关信号形成电路、大功率开关电路(半桥式和全桥式)和低通滤波器(LC)等四部分组成。D类放大器利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，使输出管工作在开关状态。当有信号输入时，输出功率管饱和导通，其内阻几乎接近零；没有输入信号时，输出功率管的电流为零，内阻几乎接近无穷大。这样可以使输出功率管的静态功耗大为减少，效率大幅提高，理想情况下可达100％。D类功率放大器的优点是效率最高，且几乎不产生热量，无需大型的散热器，体积与重量都显著减少。

 数字音频功放有很多优点，例如功率大、体积小、效率高、可与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间的传递干扰等。在数字电路已经大量普及的时代，数字功放必然会取代模拟功放，因此设计出一款兼顾效率与保真度的D类音频功率放大器也会成为人们越来越关注的课题。论文网

1.2 D类音频功率放大器的发展

1959年，Baxandall首先提出D类工作模式，即使用脉冲形式的信号来驱动高速的功率开关，该脉冲信号一般都是脉宽凋制(PWM)信号，它的低频部分包含了调制信号的信息，通过一个低通滤波器以后，可以将调制信号重现。60年代早期，人们就开始尝试研制D类放大器，最早是用真空管来研制，但受到真空管在电压降和电流能力方面的限制，放大器的效率很低。在60年代后期，双极型晶体管取代了真空管，此时研制低频高效D类放大器的条件已经成熟，但是由于D类放大器需要在高频条件下工作，其工作频率至少为20KHz音频频率的4～5倍，因此在这样的高频下，使用双极型晶体管会产生连续的开关损耗，同样限制了D类放大器效率的提高。直到1970年金属氧化物半导体场效应管出现后，满足了D类放大器对高开关速度和低导通损耗的要求。D类音频功率放大器以其高效、节能、数字化的显著特点，引起了电子工业界的广泛关注。