数字功放与模拟功放的区别

数字功放与模拟功放的区别一、数字功放与D类功放的区别常见D类功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模拟音频信号，用内部三角波发生器产生的三角波和它进行比较，其结果就是一个脉宽调制信号（PWM），然后将PWM信号放大并还原成模拟音频信号。

因此，PWM功放是用脉冲宽度对模拟音频幅度进行模拟的，其信息的传递过程是模拟的、非量化的、非代码性的。

并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采样频率，在性能指标上尚达不到Hi-Fi 级的水平。

而数字功放采用一些宽度固定的脉冲来数字地量化、编码模拟音频信号，使音频信号的还原更为真实。

二、数字功放和模拟功放的区别数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。

1. 过载能力与功率储备数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。

模拟功放电路分为A类、B类或AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。

而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加，如图1所示。

图1 全数字功放与普通功放过载失真度比较由于数字功放采用开关放大电路，效率极高，可达75%~90%（模拟功放效率仅为30%~50%），在工作时基本不发热。

因此它没有模拟功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之前后无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特性，瞬态响应好，“爆棚感”极强。

2. 交越失真和失配失真模拟B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通过，导致输出严重失真）。

而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。

模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。

超级TA2024数字功放主要性能指标：极低的失真度：0.03%THD+N @9W/4Ω；0.10%IHF-IM @1W/4Ω；0.10%THD+N @11W/4Ω；0.10%THD+N @6W/8Ω。

较大的输出功率：15W＠4Ω，10%THD+N；10W＠8Ω，10%THD+N。

极高的效率：81%＠15W，4Ω；90%＠10W，8Ω。

动态范围：98dB。

超级TA2024 数字功放适用范围：1发烧级音响系统主功放，可搭配数千至数万不等的高品质音箱。

2以有发烧级音响系统,虽然拥有了上万的功放，但仅需一条发烧线的价格试一下，看是不是我在吹牛。

或是在朋友处听过，尝试一下不同功放的风格，也是一件花钱不多很好玩的一件事。

3 PCHIFI发烧友，省电，全天十个小时开着也不心痛电费。

，体积小 ,专门设计的功放可横放可坚放在电脑桌上，音质发烧的电脑功放。

4家里第二套音响系统，放在床头听一下音乐的床头功放。

5家里大屏幕电视机架一个小音箱，以此作为功放用来看电视听歌看碟。

音质比电视自带的喇叭和功放不可同日而语，全天24小时开着功放也费不了多少电，不用心痛电费。

6对音质有所追求，或是想音响发烧一下，想知道HIFI到底是怎样的声音，有多大魅力。

只想花一点钱尝试一下的人。

以前在音响中所用的放大器，常用的是A类或者AB类功率放大器，这属传统放大器。

近年来，有一种新技术，它利用功率晶体管工作在开关状态，在音响领域的应用就是数字功率放大器，也称D类功率放大器。

与传统模拟功率放大器相比，数字功率放大器有着非常鲜明的特点：1、采用最先进数字处理技术20bit的字长，可精确还原音频信号，使得无论声音细节还是轮廓都得以完美再现。

2、具有极高的效率，功率转换效率高达90％，具有传统模拟功率放大器无法比拟的高效节能性，从此改变在人们心目中音频功率放大器笨重、耗电、体积大的印象。

3、寿命长，在高效、低功耗、数字化电路的共同作用下，使功率放大器可靠性、安全性大幅度提高。

数字功放及其在测量时的注意事项江苏省电子信息产品质量监督检验研究院史锡亭数字功放即脉冲调制的D类功放，与模拟功放的主要差别在于前者功放管处于开关工作状态。

在数字功放出现以前，音频功率放大器最常用的为AB类功放，AB类功放保留了B类功放效率高的优点，同时由于使用小偏置电流而能实现较小的交越失真，在重放正弦波时理想效率高于70%。

因为实际重放的声信号有很大的动态范围，如AM收音、磁带能达到50dB，FM收音、CD远超过此值，从而导致模拟音频功放实际效率很低，功放级需要较大的散热片，限制了其在对散热及效率较高要求场合的使用。

下图为AB类功放在重放正弦波时的最大效率，其中输出0dB为开始削波时就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。

数字功放的功放管工作在开关状态，当其饱和导通时两端压降很小，当然功耗也小；而截止时，漏电流极小，几乎不消耗功率。

所以数字功放电源的利用率就特别高。

下图为A类、B 类和D类放大器输出级的功率效率比较。

其中：POWER EFFICIENCY功率效率；NORMALIZED LOAD POWER归一化负载功率；CLASS D AD199x MEASURED为AD199x D类放大器测量值；CLASS B IDEAL为B类放大器理想值；CLASS A IDEAL为A类放大器理想值。

输出功率和效率的差异在中等功率水平处很大。

这对于音频很重要，因为大音量音乐的长期平均功率水平要比达到P max的瞬时峰值水平低很多（为其1/5到1/20，取决于音乐类型）。

对于音频功放，若认为PLOAD = 0.1 PLOADmax是一个合理的平均功率水平，按照这个功率水平评估D 类功放输出级的功耗是B类功放输出级的1/9，是A类功放输出级的1/107。

调制技术如下图所示，其一为脉宽调制技术，即将音频信号转换为PWM数字音频信号，PWM信号的占空比与原音频信号的瞬时值相关，占空比50%表示音频信号瞬时值为0；另一种脉冲调制技术被称为脉冲密度调制技术（PDM），脉冲密度大的地方，表示电压高；稀的地方，电压就低。

数字功放原理数字功放（Digital Power Amplifier）是一种基于数字信号处理技术的功放系统，它将模拟音频信号转换为数字信号，并在数字域内进行精确的处理和放大。

与传统模拟功放相比，数字功放具有功率效率高、体积小、重量轻、功率密度高、失真低等优势。

数字功放的工作原理主要包括两个关键环节：数字信号处理和功率放大。

在数字信号处理方面，模拟音频信号首先经过A/D转换器（模数转换器），将其转换为二进制数字信号。

然后，数字信号经过数学算法和滤波器等处理器件，进一步削弱或放大、滤波和修正等，以实现各种音频特性的调整和优化。

例如，可以调整频率响应、相位特性、失真、降噪等，以及实现均衡、混响、环绕声等音效处理。

在功率放大方面，数字信号经过数字的放大器模块（Digital Power Amplifier Module），实现对信号的放大和驱动。

数字功放采用数字信号直接驱动功放器件（如MOSFET等）的方式，通过PWM（脉宽调制）技术，将数字信号转换为相应的高速开关脉冲信号。

这些高速开关脉冲信号通过功放器件，经过放大和滤波处理后，再次转换为模拟信号，通过输出端口输出。

数字功放的核心技术包括高效的PWM技术、高速的功放器件、数字信号处理算法等。

高效的PWM技术可以实现高效的能量转换和功率放大，提高功率放大的效率和性能。

高速的功放器件能够实现更精确和快速的信号放大和响应，减少失真和噪声。

而数字信号处理算法的优化则可以实现更精确、准确和高保真度的音频处理和放大。

总结起来，数字功放通过数字信号处理和功率放大的两个主要环节，将模拟音频信号转换为数字信号，并在数字域内进行精确的处理和放大，从而实现高效、高保真度的音频放大。

该技术在音响设备、汽车音响等领域得到广泛应用，并逐渐取代传统的模拟功放。

D类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20kHz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。

20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的MOSFET，近年来又出现了集成前置驱动电路，如Harris公司的HIP4080，从而推动了D类功放的实用发展。

D类功放所用的MOSFET为N沟道型，因为N型沟道MOSFET的导通损耗仅为相应规格的P沟道MOSFET的1/3。

传统的音频功率放大器有A类、AB类、B类、C类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常AB类放大器的效率不会超过60%。

采用D类开关放大电路可明显提高功放的效率。

D类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。

因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。

典型的D类功放可提供200W输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。

D类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进D类功放的性能还将有所提高。

另外，D类功放不存在交越失真。

D类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的D类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。

积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。

负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。

数字音频功放处理芯片设计与实现1 引言目前，数字技术在人类文明中发挥着越来越重要的作用，正成为生活中必不可少的部分。

"数字功放电路"是指用数字技术对音频信号进行处理，使模拟的音频信号转换为数字信号，并最终以脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM )或脉冲密度调制(PulseDensity Modulation，PDM)的方式，驱动大功率开关晶体管(一般用M OS场效应管)，并经一个LC电路进行∑变换后得到模拟的音频信号，并滤除高频脉冲成分，然后驱动扬声器放音。

与传统的模拟功放相比，数字功放的优点有：(1)数字功放的效率高，在80％以上，像TI的TPA203XDl系列最高可达到88％，APOGEE的DDX8000效率为90％，在工作时发热非常小；而模拟功放的AB类功放效率最高也只有60％，若是纯A类功放的效率也只有30％左右。

经过对比，在输出相同功率的情况下，数字功放的发热量只有AB类功放发热量的25％左右；而耗电量只有AB类的60％左右。

(2)数字功放的音质可以同纯A类相媲美，但A类的效率极低，容易发热，功率不容易做大；AB类音质较差，在小信号时容易出现交越失真，功率大时也容易发热。

相比之下数字功放有功率大、效能高、失真低的优点。

(3)抗干扰能力强，数字功放的信号放大部分采用数字放大方式，因为数字信号不容易受到外界杂散电波的干扰。

数字功放的放大工作方式是：把输入的模拟信号先转换成数字信号，再把数字信号进行放大处理。

而模拟功放直接对输入的信号放大，模拟信号容易受到外界杂散电波的干扰，产生一些杂音，影响整机性能。

(4)适合于大批量生产，由于产品的一致性好，所以生产中无须调试，只保证元器件正确安装即可。

数字功率放大器主要分为数字信号处理、桥式功率放大和低阶模拟低通滤波器3个部分。

音频信号处理作用是对输入的数字音频信号[脉冲编码调制(PulseCode Mod ulation，PCM)编码]进行过采样、噪声整形、重新量化编码成PWM形式的输出。