一种基于D类音频放大器的输出滤波器的设计与实现

D类运放是一种高效的音频放大器，通常用于音频系统中的功率放大。

然而，在某些应用中，可能需要使用RC滤波器来减少D类运放的输出噪声和干扰。

RC滤波器是一种由电阻器和电容器组成的滤波电路，用于将高频噪声从信号中滤除。

D类运放的输出噪声通常是由功率放大产生的电磁干扰（EMI）和热噪声引起的。

这些噪声在高频范围内，因此可以通过RC滤波器进行过滤。

在D类运放中使用RC滤波器需要注意一些关键因素。

首先，电阻器和电容器的值必须精确匹配电路中的其他元件以获得最佳滤波效果。

其次，电阻器和电容器的值和电路设计应考虑到运放的频率响应和其他性能要求。

此外，在使用RC滤波器时还需要考虑电阻器和电容器的功率容量和耐压。

如果电路中的其他部分需要从滤波器中获得电流或电压，那么电阻器和电容器可能需要足够的大以承受这些负载。

同时，还需要考虑滤波器的热稳定性，以避免由于热量积聚而对电路板和其他组件造成损害。

在实际应用中，可以通过实验和调试来优化RC滤波器的设计和配置，以达到最佳的输出性能和噪声抑制效果。

一般来说，对于不同类型的D类运放和电路设计，可能会有不同的最佳滤波器配置和参数。

总之，使用RC滤波器来减少D类运放的输出噪声和干扰是一个常见的做法，但需要注意一些关键因素，包括电阻器和电容器的精确匹配、电路设计、功率容量和热稳定性等。

通过实验和调试，可以优化滤波器的设计和配置，以达到最佳的输出性能和噪声抑制效果。

D类音频功率放大器的研究与实现1 引言音频放大器已经快有一个世纪的历史了，最近几年，电子产品正在向薄型化、便携式迅速发展。

音质好、电源效率高、发热少的D类放大器成为市场的需求。

并且由于D类放大器的耗电低、发热少等诸多特点，越来越得到日益强调环保的市场的认同。

同时，便携电子设备的工作时间一直是厂商全力追求的最重要的性能指标，新的无滤波器D类放大器在几瓦特的功率级别上正在取代原先固定的AB类器件。

与体积庞大的传统线性放大器相比，使用D类放大器并不影响音频信号的音质却能够实现便携产品的小型化，因此市场对电子产品薄型化、便携式的需求趋势造就了传统放大器向数字放大器的转化。

简单地说，历史上出现过三代D类放大器设计：第一代的范例是由托卡塔设计的TacTMillennium，证实了D类放大器的概念，但是该技术还不能提供足够的性能，这使第一代D类放大器向着实用性的方向发展。

第二代D类放大器把一个用于模拟源信号的PWM信号和一个集成的输出级以及片外滤波器组合在一起。

这些放大器需要源选择，音量，平衡和音调控制等复杂的前端功能，而这些附加的功能增加了额外的复杂性。

但是首先这代放大器变得价格可以承受，其次在低功耗性能上接近甚至超过了AB类放大器，从而获得了一定的应用。

第三代是最近一段时间，现有的D类数字放大器较以前的技术已有所改善，他们在音质、封装、性能、价格和核心技术方面都已取得重大改进。

为了生成精确的音频，输入晶体管需要在动态范围的两端都能同样出色地工作，以帮助精确地实现准确的功率分配。

通过采用一个简单但功能强大的内部控制逻辑系统改善音频输出，并额外增加一套输入晶体管，这些晶体管可以实现对音频信号输入的更精细的控制。

最后还不能忽视新的架构技术。

2 D类放大器的基本结构D类放大器的电路共分为三级：输入开关级、功率放大级及输出滤波级。

D类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制(PWM)模式。

利用PWM能将音频输入信号转换为高频开关信号。

滤波拓扑概况用于D类功率放大器的滤波器拓扑共有三种：(1) F B-C，铁氧体磁珠和电容；(2) LC，电感和电容；以及(3) “无滤波器”。

某个特定设计应该选择哪种滤波技术，取决于应用的扬声器电缆长度和PCB布局。

下面是这三种滤波器拓扑的优缺点：FB-C滤波如果扬声器电缆长度适中，FB-C滤波足以满足EMI限制。

与LC滤波相比，F B-C滤波方案更为精简，成本效益更高。

但是，由于只能在频率大于10MHz的情况下生效，F B-C滤波的应用范围受到很大的限制。

而且，在频率低于10MHz的情况下，如果扬声器电缆走线不合理，也会导致传导辐射超标。

LC滤波相比之下，LC滤波可以在频率大约为30kHz的情况下即开始起到抑制作用。

当某设计中所用的电缆线较长，而PCB布局又不是很好时，LC滤波无疑是一个“保险的”选择。

但是，LC滤波需要昂贵而庞大的外部元件，这显然不适合便携式设备。

而且，当频率大于30MHz，主电感会自谐振，还会需要额外的元件来抑制电磁干扰。

“无滤波器”滤波“无滤波器”放大器拓扑是最具成本效益的方案，因为它省去了额外的滤波元件。

采用较短的双绞线扬声器电缆时，D类放大器完全可以满足电磁兼容性标准。

但是，和F B-C滤波一样，如果扬声器电缆走线不合理，可能出现传导辐射超标。

还需注意，Maxim的D 类放大器也可以实现“无滤波”工作，只要在放大器的开关频率下扬声器是感性负载。

在输出电压进行转换时，转换频率下的大电感值可使过载电流保持相对恒定。

/disp_art/1010010/13444.html输出级数模转换机制所有D类系统的共同特点及其超群的功率效率的奥秘就在于输出级（通常是MOSFET）的电源器件总是要么全通要么全关。

这与线性放大器形成对比，线性放大器输出晶体管的导通状态随时间变化。

晶体管消耗的功率是其压降与流过电流之积（P=IV），通常占到线性放大器消耗的总功率的50%或更多。

在D类系统中不是这样。

第4期电子元件与材料 Vol.23 No.4 2004年4月ELECTRONIC COMPONENTS & MATERIALS Apr. 2004　D类功放输出滤波器的优化与仿真陈新国，程耕国，高厚礼，杨岚（武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北　武汉 ４３００８１）　摘要：分析了D类功放大器输出滤波器设计的必要性，并且利用巴特沃思低通滤波器的设计方法对电路参数进行优化设计；采用Filter Free软件仿真滤波器的频域特性。

最终达到消除PWM信号中的开关信号和电磁干扰信号，提高效率和保真度，减小输出滤波器的体积和成本。

　关键词：滤波器；开关信号；电磁干扰信号；优化　中图分类号： TN73 文献标识码：A 文章编号：1001-2028（2004）04-0045-03Optimization and Simulation of Class D Audio Amplifier Output Filter CHEN Xin-guo, CHENG Geng-guo, GAO Hou-li, YANG Lan(Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China)　Abstract: It deems essential that output filter be taken into account when designing D class. The author recommends lowpass Butterworth filter designing method to optimize circuit parameter involved, and takes advantage of Filter Free software simulating frequency characteristics of the output filter. Filter may serve the role to eliminate switching and EMI interfere in PWM signal. Thus to improve efficiency and fidelity, lower the filter cost and component sizes.Key words: filter; switching-signal; EMI signal; optimization人们在日常生活中经常用到如手机、笔记本电脑以及CD机等便携式产品，这类产品要求体积小，便于携带；且高效节能，电池的使用时间长，因此产品的音频系统大多采用D类功放，输出滤波器是D类功放的主要部分，对功放的体积、效率以及保真度都有很大的影响。

D类音频功放设计D类音频功放是一种数字化放大技术，其设计基于PWM（脉宽调制）模块。

它以高效能的方式将模拟音频信号转化为数字形式，并通过快速切换音频信号的输出级来近似模拟音频信号。

这种设计异于传统的A类、B 类和AB类功放设计，在功率效率上有着显著的优势。

D类音频功放由输入级、PWM模块、滤波器以及输出级组成。

输入级主要负责将输入的音频信号转化为数字表示形式。

这可以通过使用采样器和模数转换器（ADC）来实现。

ADC将输入音频信号转换为离散的数位形式，通过采样和量化的过程实现。

然后，进一步的数字处理可以应用于信号，以改善音频质量。

PWM模块接收数字信号，并将其转换为脉冲宽度。

脉宽调制技术可以通过改变电平的脉冲宽度来近似模拟输入信号。

PWM模块根据输入信号的幅度，产生相应脉冲宽度调制的输出信号。

滤波器用于平滑输出信号，以去除PWM调制过程中产生的高频噪音。

通常采用低通滤波器用于过滤高频成分。

滤波器必须具有足够的带宽，以确保在不损失音频质量的情况下滤除尽可能多的高频噪音。

最后，输出级通过将PWM信号转换为模拟信号，从而得到放大后的音频信号。

它可以使用滤波器和放大器来实现这一转换。

滤波器用于去除PWM信号中的高频噪音，而放大器用于将信号放大到适当的水平。

在D类音频功放设计中，需要考虑以下几个关键因素：1.输出功率：根据设计需求，选择合适的输出功率。

这涉及到放大器的电源，散热系统等设计。

2.音质：在设计中要考虑到音频质量的损失问题。

在PWM调制过程中，可能会产生失真和噪音。

因此，需要仔细选择PWM调制方法和滤波器设计，以减少音频质量损失。

3.功率效率：D类功放以其高效能而闻名。

设计中需要考虑如何提高功率效率，降低功耗和热量产生。

4.保护电路：由于D类功放通常用于高功率应用，因此需要考虑到保护电路的设计。

这可以包括过热保护、过电压保护和过流保护等。

5.PCB设计：确保电路布局合理，减少干扰和噪音。

同时，需要考虑散热和电源线等布线问题。

D类功放输出滤波器的优化与仿真------------------------------------------------------------------------------------------------D类功放输出滤波器的优化与仿真第4期电子元件与材料 Vol.23 No.4 2004年4月 ELECTRONICCOMPONENTS & MATERIALSApr. 2004HIC技术陈新国，程耕国，高厚礼，杨岚(武汉科技大学信息科学与工程学院，湖北武汉 ,,,,,,)摘要:分析了D类功放大器输出滤波器设计的必要性，并且利用巴特沃思低通滤波器的设计方法对电路参数进行优化设计;采用Filter Free软件仿真滤波器的频域特性。

最终达到消除PWM信号中的开关信号和电磁干扰信号，提高效率和保真度，减小输出滤波器的体积和成本。

关键词:滤波器;开关信号;电磁干扰信号;优化中图分类号:TN73文献标识码:A文章编号:1001-2028(2004)04-0045-03Optimization and Simulation of Class D Audio Amplifier OutputFilter——————————————————————————————————————------------------------------------------------------------------------------------------------CHEN Xin-guo, CHENG Geng-guo, GAO Hou-li, YANG Lan(Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430081, China) Abstract: It deems essential that output filter be taken into account when designing D class. The author recommendslowpass Butterworth filter designing method to optimize circuit parameter involved, and takes advantage of Filter Free software simulating frequency characteristics of the output filter. Filter may serve the role to eliminate switching and EMI interfere in PWM signal. Thus to improve efficiency and fidelity, lower the filter cost and component sizes.Key words: filter; switching-signal; EMI signal; optimization人们在日常生活中经常用到如手机、笔记本电脑以及CD机等便携式产品，这类产品要求体积小，便于携带;且高效节能，电池的使用时间长，因此产品的音频系统大多采用D类功放，输出滤波器是D类功放的主要部分，对功放的体积、效率以及保真度都有很大的影响。

D类放大器常见问题解答关于放大器选择及滤波器的概述000这部分的常见问题解答，主要是获取一些关于D类放大器的选取、应用以及测量方面的各种知识。

常见问题解答主要强调的是用在0.5W到2W范围内的便携式媒体设备上的D类放大器，如手机、便携式DVD播放器以及便携式导航系统。

当然，这部分信息的绝大多数还适用于输出功率从数毫瓦到数千瓦的D类放大器。

什么是D类放大器D类放大器使用了脉冲宽度调制电路来保持其输出晶体管工作在全开或全关状态。

换句话说，在任何时候，瞬时输出电压要么是一个供电电压，要么是另一个，当然这里忽略了在切换时的短暂过渡期。

因此，输出电流从设备中没有明显电压下降而传导出来。

欧姆定律指出，功率等于电压乘以电流。

D类放大器将这一等式中的电压部分保持近似为零，因此尽可能的避免了输出阶段的消耗功率。

D类放大器比其他技术有着更好的优势，该类放大器的典型效率最高可达95%，平均效率也在80%的水平。

D类放大器可以切换的频率高于音频带。

大部分的D类放大器的切换频率为300K赫兹到2M赫兹。

为什么要使用D类放大器因为D类放大器非常有效，充分利用了来自电池以及其他功率受限源的有限功率。

此外，这种较高效率消除了很多放大器在低于10瓦输出功率时的散热要求。

D类放大器并没有对其他邻近的元件以及其他拓扑结构造成散热影响，从而降低了环境的温度。

另外，D类放大器的热效率使其可使用标准的IC封装，无需特别考虑散热问题。

何时使用D类放大器?使用D类放大器并不适用于所有应用的最重要原因是输出的切换会造成电磁干扰。

很多应用场合中，这种电磁干扰是可以容忍的，因此可认为这些设备满足了电磁兼容的认证，但设计师不选用D类放大器还有另外一些考虑。

D类放大器第二个要考虑的是他们的声音质量一般不如AB类放大器以及其他技术的好。

尽管在纸面上比较这两种拓扑可能会导致这个结论，在一些终极的应用中，这往往不再是一个问题，因为扬声器的失真是系统失真的主要因素。