D题高效率音频功率放大器

1 绪论随着时代科技的高速发展，大量的电子设备应运而生。

在现实生活中，绝大部分电子设备都离不开音频信号的处理，高效率音频放大器直接影响到了许多电子产品的质量。

传统的音频功放工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但在较大功率情况下，仍然对功率器件构成极大威胁。

功率输出受到限制。

低失真，大功率，高效率是对功率放大器提出的普遍要求。

高效率功率音频功率放大器设计的关键是功率放大器放大电路的研究，提高功放的效率的根本途径是减小功放管的功耗。

方法之一是减小功放管的导通角，增大其在一个信号周期内的截止时间，从而减小管子所消耗的平均功率，高频大功率放大电路中，功放工作处于丙类（C类）状态。

方法之二是使功放管工作处于开关状态（即D类状态），此时管子仅在饱和导通时消耗功率，而且由于管压降很小，故无论电流大小，管子的瞬时功率都不大，因此管子的平均功耗也就不大，电路的效率必然提高，但是应当指出，当功放中的功放管工作在C类或D类状态时，集电极电流将严重失真，因此必须采取措施消除失真，如采用谐振功率放大电路，从而使负载获得基本不失真的信号功率[1]。

1.1设计高效率功率音频功率放大器的目的和意义音频领域数字化的浪潮以及人们对音频节能环保的要求，要求我们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。

传统的音频功率放大器工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，仍然很难满足大功率输出；而且需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路。

这次音频功率放大器的设计为了达到高效率的设计，采用D类功率放大器，D 功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器，功率桥电路，低通滤波器。

这种类型的功放已经展示出了良好的性能，要想设计出并实现电源效率高于90%，THD低于0.01%，低电磁噪音的D类功率放大器，或者甚至包括能将高保真音质技术引入的D类的放大器[2]。

1.3.4放大器类题目分析放大器类的题目有实用低频功率放大器（第二届，1995年）、测量放大器（第四届，1999年）、高效率音频功率放大器（第五届，2001年）和宽带放大器（第六届，2003年）。

实用低频功率放大器（第二届，1995年）要求设计制作一个具有弱信号放大能力的低频功率放大器，额定输出功率P OR≥10W，带宽BW≥（50～10000）Hz。

涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，方波信号发生器，低频功率放大器等。

测量放大器（第四届，1999年）要求设计制作一个测量放大器及所用的直流稳压电源。

差模电压放大倍数A VD＝1～500。

涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，信号变换放大器，测量放大器等。

高效率音频功率放大器（第五届，2001年）要求设计制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置，3dB通频带为300Hz～3400Hz，最大不失真输出功率≥1W。

涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，音频功率放大器等。

宽带放大器（第六届，2003年）要求设计并制作一个3dB通频带10kHz～6MHz，最大增益≥40dB的宽带放大器。

涉及到的基础知识包含有：电源整流和稳压，AGC，宽带放大器等。

各题目具体要求如下：1. 实用低频功率放大器[2]（第二届，1995年）（1）设计任务设计并制作具有弱信号放大能力的低频功率放大器。

其原理示意图如图1.3.14所示。

图1.3.14 低频功率放大器原理示意图（2）设计要求①基本要求第1部分：在放大通道的正弦信号输入电压幅度为（5～700）mV，等效负载电阻R L为8Ω下，放大通道应满足：a. 额定输出功率P OR≥10W；b. 带宽BW≥（50～10000）Hz；c. 在P OR下和BW内的非线性失真系数≤3%；e. 在P OR下的效率≥55%；f. 在前置放大级输入端交流短接到地时，R L=8Ω上的交流声功率≤10mW。

第2部分：自行设计并制作满足本设计任务要求的稳压电源②发挥部分第1部分：放大器的时间响应a. 方波产生：由外供正弦信号源经变换电路产生正、负极性的对称方波：频率为1000Hz、上升时间≤1μs、峰-峰值电压为200mV pp。

d类功放转电流D类功放转电流的原理及应用引言：D类功放（Class D amplifier）是一种高效率的功率放大器，其工作原理是通过将音频信号转换为脉冲宽度调制（PWM）信号，然后经过滤波器得到模拟音频信号输出。

本文将介绍D类功放的工作原理，并探讨其在音响领域的应用。

一、D类功放的工作原理D类功放的核心是脉冲宽度调制技术。

当输入音频信号为正弦波时，D类功放将其转化为一系列的脉冲信号，脉冲的宽度随着音频信号的幅度变化而调整。

这些脉冲信号经过一个高频开关管（MOSFET）进行放大，然后由低通滤波器进行滤波，最终得到模拟音频信号输出。

D类功放的工作过程可以分为两个阶段：脉冲宽度调制和功率放大。

脉冲宽度调制阶段通过比较器和误差放大器将音频信号转化为PWM 信号，PWM信号的频率通常在几十千赫茨到几百千赫茨之间。

功率放大阶段则通过高频开关管对PWM信号进行放大，将其转化为模拟音频信号输出。

二、D类功放的优势相比传统的A类和AB类功放，D类功放具有以下优势：1. 高效率：由于D类功放采用了脉冲宽度调制技术，其功率转换效率通常可达到90%以上，远高于传统功放的效率。

2. 小尺寸：D类功放由于功率转换效率高，不需要大型散热器，因此体积更小，更适合集成在各种便携设备中。

3. 低热量：传统功放在工作时会产生大量的热量，而D类功放由于高效率的原因，热量较少，不易造成设备过热。

4. 低失真：D类功放的PWM信号经过滤波器后，可以得到较为纯净的模拟音频信号，音质更好，失真更低。

三、D类功放在音响领域的应用D类功放由于其高效率和小尺寸的特点，在音响领域得到了广泛的应用。

以下是几个常见的应用场景：1. 车载音响：由于车载空间有限，需要小尺寸的功放设备，D类功放能够满足这一需求，并且其高效率可以减少对汽车电池的负担。

2. 便携式音箱：便携式音箱通常需要长时间的续航能力，D类功放的高效率可以延长电池的使用时间，同时小尺寸也方便携带。

MIX2028 6.5W 单通道 D 类音频功率放大器
描述
MIX2028是一款高效率、无滤波器6.5W单声道D类音 频放大器。
MIX2028的 单端输入架构和极高的PSRR有效地提 高了MIX2028对RF噪声的抑制能力。无需滤波器的 PWM调制结构及增益内置方式减少了外部元件、PCB 面积和系统成本,并简化了设计。高达90%的效率,快速 启动时间和纤小的封装尺寸使得MIX2028成为插卡音 箱和其他便携式音频产品的最佳选择。
特性
输出功率： －6.5W (VDD=5.5V, RL =2 Ω，THD+N=10%) －5.5W (VDD=5.0V, RL =2 Ω，THD+N=10%)
工作电压 : 2.5V to 5.5V 低失真和低噪声 开机POP声抑制功能 关机电流小于1uA 过热保护功能 自动频率扩展功能
Shanghai Mixinno Microelectronics Co., Ltd
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Rev 1.0 Oct. 2013
Suppression
ห้องสมุดไป่ตู้
OUTP OUTN
BYPASS
GND
管脚描述
管脚 1 2 3 4 5 6 7 8
符号 SD NC BYPASS -IN OUTN VDD GND OUTP
I/O 描述 I 系统关断控制（低电平关机，高电平工作） I 空脚
I/O 参考电压 I 音频负输入端 O 音频负输出端 电源 地 O 音频正输出端
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Rev 1.0 Oct. 2013
MIX2028 6.5W 单通道 D 类音频功率放大器 功能框图
VDD
-IN
Input Buffer

氮化镓（GaN）D类功放指的是利用氮化镓半导体技术制造的D类功率放大器。

氮化镓半导体在射频和微波功率放大器领域具有广泛的应用，其中D类功放是一种高效率的功率放大器类型。

D类功率放大器以其高效率和低失真而闻名，常用于音频放大器、射频通信系统和其他需要高效能的应用场景。

使用氮化镓材料制造D类功率放大器可以提供更高的工作频率、更好的功率密度和更好的热特性。

优点包括：
1. **高效率：** D类功率放大器能够在电源转换方面达到很高的效率，这意味着在输出更高功率的同时减少能源消耗。

2. **低失真：** 在保持较高效率的同时，D类功放能够产生较低的失真，有助于输出信号的准确性。

3. **快速开关特性：** 氮化镓半导体具有优异的开关特性，这使得D类功放器件能够快速切换，减少功耗损失。

氮化镓材料的特性使其成为制造高性能功率放大器的理想选择，尤其是在需要高频率、高功率和高效率的应用中。

利用氮化镓半导体技术制造的D类功率放大器能够为许多领域提供更有效的解决方案，例如通信系统、无线网络、雷达系统、音频设备等。

D类功放滤波D类功放滤波技术随着音频设备的不断普及和发展，对声音质量的要求也越来越高。

其中，功放滤波技术是影响音频质量的重要因素之一。

D类功放作为一种高效的功率放大器，也需要经过滤波技术的处理，提升音频品质。

本文重点讲述D类功放滤波技术相关内容。

整体分为以下几个方面：一、D类功放滤波的基本原理D类声音功放是一种高效率的功率放大器。

它将电路中的输入信号进行采样和量化，然后根据量化值的变化来控制输出件的状态。

由于D 类功放能够在工作点上保持开关状态，所以它的效率比A类和B类功放要高。

然而，由于D类功率放大器的工作方式特殊，因此需要进行特殊的滤波处理。

通常会进行输出滤波和电源滤波两个方面的滤波处理。

二、D类功放输出滤波技术输出滤波技术是D类功放滤波技术中的重要组成部分。

它的主要作用是滤除电路中不需要的高频噪声信号，从而提高输出信号的质量。

滤波是通过在输出端添加一个输出滤波器来完成的，这个滤波器通常由电容器和电感器组成。

在工作过程中，输出滤波器会产生一个低通滤波器的效果，来滤除高频噪声信号，提高音频品质。

三、D类功放电源滤波技术电源滤波技术是D类功放滤波技术中一项非常重要的技术，它的作用是滤除电路中不需要的电源噪声信号，从而提高音频的品质。

通常，电源滤波技术采用的是一个大电容器来滤除电路中的高频噪声，这样可以保证电路的稳定性和工作黏性。

四、D类功放滤波技术的优点通过对D类功放滤波技术的介绍，我们可以发现它有以下几个优点：1.高效。

D类功率放大器具有非常高的效率，可达到90%以上，相较于其他类型的功率放大器，D类声音功率放大器不仅功率输出大，热量少，还能有效地减轻电源负荷，降低了功放的总成本。

2.低扭曲。

D类功率放大器中的滤波器能有效地滤除电路中不需要的信号，从而降低音频的失真，达到极低扭曲的效果。

3.低噪音。

在D类功率放大器中进行的滤波处理可以有效地滤除电路中不需要的高频噪声，从而降低电路的噪声，并提高音频的品质结语D类功放滤波技术是提高音频品质的重要手段之一。

TI TPA3116D2 2x50W D类音频放大器解决方案TI公司的TPA31xxD2系列是立体声高效数字功率,能驱动2欧姆扬声器高达100W.工作4.5 V – 26 V,效率大于90%,TPA3130D2的高效率可采纳单层,不用散热器提供2x15W输出功率, TPA3118D2采纳双层PCB, 不用散热器提供2x30W/8欧姆输出功率, TPA3116D2采纳小型散热器可提供2x50W/4Ω输出功率,主要用于小/微型元件的条形音箱,后市场,CRT TV和消费类音频.本文介绍了TPA31xxD2主要特性,方框图, 应用以及评估板TPA3116D2EVM主要指标,图,材料清单和PCB布局图.The TPA31xxD2 series are stereo efficient, digital amplifier power stage for driving speakers up to 100W/2Ω in mono. The high efficiency of the TPA3130D2 allows it to do 2x15W without external heat sink on a single layer PCB. The TPA3118D2 can even run 2x30W/8Ω without heat sink on a dual layer PCB. If even higher power is needed the TPA3116D2 does 2x50W/4Ω with a small heat-sink attached to its top side PowerPad. All three devices share the same footprint enabling a single PCB to be used across different power levels.The TPA31xxD2 advanced oscillator/PLL circuit employs a multiple switching frequency option to avoid AM interferences; this is achieved together with an option of Master/Slave option, making it possible to synchronize multiple devices.The TPA31xxD2 devices are fully protected against faults with short-circuit protection and thermal protection as well as over-voltage, under-voltage and DC protection. Faults are reported back to the processor to prevent devices from being damaged during overload conditions.TPA31xxD2主要特性:Supports Multiple Output Configurations第1页共3页。

1. 上述参数仅仅是器件工作的极限值，不建议器件的工作条件超过此极限值，否则会对器件的可靠性及寿命产生 影响，甚至造成永久性损坏。 2. PCB板放置C S8305E的地方,需要有散热设计.使得CS8305 E底部的散热片和 PCB板的散热区域相连，并通过过 孔和地相连。
Copyright@Chipstar Microelectronics
应用： 封装
ESOP8L
其他客户要求的封装类型
USB音箱/便携式音箱 US PMP/MP4/MP5播放器 P GPS 数码相框
R
引脚分布 引脚定义以及功能
CH I
M
序号
VO8
符号 VO+ PVDD VDD -IN +IN SD GND VO-
描述 正相音频输出 电源输入 模拟电源输入 反相音频输入 正相音频输入 关断控制 地 反相音频输出
1
描述
无信号输入时供电电源 输入电压 结工作温度范围 引脚温度（焊接10秒） 存储温度范围
数值
６.５ -0.3 to VDD +0.3 -40 to 150 260 -65 to 150
单位
V V ℃ ℃ ℃
VDD VI TJ TSDR TSTG
推荐工作环境
参数
V DD T
A
描述
输入电压 环境温度范围 结温范围
一级代理商：深圳润得源电子有限公司 销售工程 ＱＱ：２７０７４４４０ 陈工
上海智浦欣微电子有限公司 Chipstar Micro - electronics
CS8305E
5.0W单声道、 超低EMI、 无滤波器D类音频功放
概要
CS8305E是一款高效率，超低EMI，5.0W单声道 Ｄ 类音 频放大器 。CS8305E无需滤波器的PWM调制结构减少了 外部元件、 PCB面积和系统成本，而且也简化了设计。 高达 90%的效率， 快速的启动时间和纤小的封装尺寸使 得C S8305E成为锂电或者USB供电音箱的最佳选择。 CS8305E的 全 差 分 架 构 和 极 高 的 PSRR有 效 地 提 高 了 C S8305E对RF噪声的抑制能力,并且省去了传统音频功放 的BYPASS电容。 CS8305E采 用 独 创 的 AERC(Adaptive Edge Rate Control)技 术,能 提 供 优 异 的 全 带 宽 EMI抑 制 能 力,在 不 加 任何辅助设计时,在 FCC Part15 Class B标准下仍然具有 超过20dB的裕量，特别适合音箱 、CMMB、移动模拟电 视等易受EMI干扰的应用。 CS8305E内置了过流保护,短路保护和过热保护,有效的保 护芯片在异常的工作条件下不被损坏。 CS8305E提供了ESOP8的封装类型,良好的散热性能使得 芯片在大功率的情况使用更安全,其额定的工作温度范围 为-40℃ 至85℃ 。

NS4150B 3.0W单声道D类音频功率放大器1特性●工作电压范围：3.0V～5.0V●输出功率：2.8W（5V/4Ω,THD=10%）●0.1%THD（0.5W/3.6V）●高达88%的效率●高PSRR：-80dB（217Hz）●无需滤波器Class-D结构●优异的全带宽EMI抑制能力●优异的“上电，掉电”噪声抑制●低静态电流：4mA（3.6V电源、No load）●过流保护、过热保护、欠压保护●MSOP8封装2应用范围●平板电脑●行车记录仪●蓝牙音箱3说明NS4150B是一款超低EMI、无需滤波器3W单声道D类音频功率放大器。

NS4150B采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了EMI干扰，最大限度地减少对其他部件的影响。

NS4150B内置过流保护、过热保护及欠压保护功能，有效地保护芯片在异常工作状况下不被损坏。

并且利用扩频技术充分优化全新电路设计，高达90%的效率更加适合于便携式音频产品。

NS4150B无需滤波器的PWM调制结构及增益内置方式减少了外部元件、PCB面积和系统成本。

NS4150B提供MSOP8封装，额定的工作温度范围为-40℃至85℃。

4典型应用电路5管脚配置MSOP-8的管脚图如下图所示：注：超过上述极限工作参数范围可能导致芯片永久性的损坏。

长时间暴露在上述任何极限条件下可能会影响芯片的可靠性和寿命。

7电气特性工作条件（除非特别说明）：T=25℃，VDD=4.8V。

8典型特性曲线下列特性曲线中，除非指定条件，T=25℃。

9应用说明9.1芯片基本结构描述NS4150B是一款超低EMI、无需滤波器3W单声道D类音频功率放大器。

在5V电源下，能够向4Ω负载提供3W的功率，并具有高达90%的效率。

NS4150B采用先进的技术，在全带宽范围内极大地降低了EMI干扰，最大限度地减少对其他部件的影响。

NS4150B无需滤波器的PWM调制结构及增益内置方式减少了外部元件数目、PCB面积和系统成本，利用扩展频谱技术充分优化全新电路设计。

Dec, 2013
业务：185 6582 4582
5
ft2128
典型性能特性曲线
VDD=3.6V, TA=25°C, AV=22dB, CIN=0.47µ F, RIN=10KΩ, f=1kHz, (除非有其它特殊说明). 特性曲线列表
DESCRIPTION Output Power vs. Supply Voltage CONDITIONS RL=8Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode (Vin=0.5VRMS) RL=4Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode (Vin=0.5VRMS) VDD=5V, RL=8Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode Output Power vs. Input Voltage VDD=5V, RL=4Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=8Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=4Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=5V, RL=8Ω+33µH, ALC-2 Mode Efficiency vs. Output Power VDD=5V, RL=4Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=8Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=4Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=5V, f=1kHz, RL=8Ω+33µH, ALC-2 Mode THD+N vs. Output Power VDD=5V, f=1kHz, RL=4Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=3.6V, f=1kHz, RL=8Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=3.6V, f=1kHz, RL=4Ω+33µH, ALC-2 Mode VDD=5V, f=1kHz, RL=8Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode THD+N vs. Input Voltage VDD=5V, f=1kHz, RL=4Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=3.6V, f=1kHz, RL=8Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=3.6V, f=1kHz, RL=4Ω+33µH, ALC-1 & ALC-2 Mode VDD=5V, Po=0.8W, RL=8Ω+33µH, ALC-1 Mode THD+N vs. Input Frequency VDD=5V, Po=1.6W, RL=4Ω+33µH, ALC-1 Mode VDD=3.6V, Po=0.4W, RL=8Ω+33µH, ALC-1 Mode VDD=3.6V, Po=0.8W, RL=4Ω+33µH, ALC-1 Mode VDD=5V, RL=8Ω+33µH, Input AC-Grounded, ALC-2 Mode PSRR vs. Input Frequency VDD=5V, RL=4Ω+33µH, Input AC-Grounded, ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=8Ω+33µH, Input AC-Grounded, ALC-2 Mode VDD=3.6V, RL=4Ω+33µH, Input AC-Grounded, ALC-2 Mode Quiescent Current vs. Supply Voltage ALC Attack & Release Time (VOP-VON) Startup Waveforms (VOP-VON) Shutdown Waveforms Input AC-Grounded, No Load, ALC On, ALC-2 Mode VDD=5V, Vin=0.26VRMS ~ 0.82VRMS, RL=4Ω+33µH,

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) FB-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，FB-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，FB-C滤波的应用围受到很大的限制。

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FB-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。

图1：TPA3001D1结构图图2显示了典型的PWM信号是如何从图1中的比较器功能块形成的。

可将音频输入与2 50-kHz的三角波相比较。

当音频输入电压大于250-kHz三角波电压时，非反相比较器输出状态为高，而当250-kHz三角波大于音频信号时，非反相比较器输出状态为低。

非反相比较器输出为高时，反相比较器输出为低；而当非反相比较器输出为低时，反相比较器输出为高。

平均PWM非反相输出电压VOUT+(avg) 为忙闲度乘以电源电压，此外D 表示忙闲度，或"开启"时间t(on) 除以总周期T。

全遥控数字音量控制的D类功率放大器福星电子网提供单片机学习板，开发板，最小系统板；超声波测距实验应用板，各类器件仪表，详情请访问网站引言几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形成从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。

其基本类型是模拟音频功率放大器，它的最大缺点是效率太低。

全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求，迫使人们尽快开发高效、节能、数字化的音频功率放大器，它应该具有工作效率高，便于与其他数字化设备相连接的特点。

D类音频功率放大器是PWM型功率放大器，它符合上述要求。

近几年来，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定的进展，几家著名的研究机构及公司已经试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。

这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注，现在这一前沿的技术正迅猛发展，前景一片光明。

单片机有着体积小、功耗低、功能强、性能价格比高、易于推广应用等显著优点，在自动化装置、智能仪器仪表、过程控制、通信、家用电器等许多领域得到日益广泛的应用。

在许多基于单片机的应用系统中，系统需要实现遥控功能，而红外遥控则是被采用较多的一种方法。

红外遥控是通过红外管发送红外遥控编码对其设备进行控制的,不同设备的遥控发送的红外遥控编码都是不同的。

由于红外无线解决了有线连接的许多不便，因而受到了家电设备厂商、电脑外围设备商、以及通信设备厂商的高度重视。

如果将遥控技术、单片机与D类音频功率放大器结合起来，那么得到的产品将是非常前沿的。

本次设计就是全遥控数字音量控制的D 类功率放大器。

1 功放的基本知识1.1 功放的分类传统的功率放大器主要有A 类(甲类) 、B 类(乙类) 和AB (甲乙类)，除此之外，还有工作在开关状态下的D类（丁类）功放。

Shanghai Mixinno Microelectronics Co., Ltd
7/7
Rev 1.1 Apl. 2014
10
RL=8ohm Gain=20dB
5
VDD= 3.6V , 4.2V , 5V
2
1
%
0.5
0.2
2
1
%
0.5
0.2
0.1
0.1
0.05
0.05
0.02
0.02 1m 2m 5m 10m
100m W
500m 1 2 4
0.01 1m 2m
5m 10m 20m
100m
W
500m 1 2
5
2 1 0.5
3/7
Rev 1.1 Apl. 2014
MIX3006 3W 立体声 D 类音频功率放大器
电性参数
(VDD =5V, Gain=20dB, RL =8Ω, T =25°C, unless otherwise noted.)
Symb ol
Parameter
Test Conditions
VIN
电源电压
%
0.2
0.1
0.05
THD+N VS FREQUENCY
RL=8ohm Gain=20dB
Vo=1Vp‐p
0.02
0.01 20 50 100 200 500 1k 2k 5k 20k Hz
Frequency Response
+24
+23
+22
d
+21
B
g
+20
A
+19
+18

d类功放失真D类功放（Class D Amplifier）是一种高效率功率放大器，广泛应用于音频放大领域。

它的工作原理基于PWM（脉宽调制）技术，与传统的A类、B类和AB类功放有所不同。

尽管D类功放具有高效率和小体积等优势，但它也存在一些失真问题。

本文将分析D类功放的失真问题，并探讨其原因与解决方法。

D类功放失真主要包括两个方面：高频失真和非线性失真。

首先，高频失真是由于D类功放的PWM调制过程存在波形畸变而导致的。

PWM 调制生成的方波信号会引起高频噪声和谐波失真。

这种失真会严重影响音频信号的音质。

其次，非线性失真主要源于功放输出级的开关特性和MOSFET开关管的非线性。

当音频信号经过功放输出级时，输出级的开关过程会引起信号波形的畸变，产生各种非线性失真成分。

D类功放失真的原因主要有以下几点：1. PWM调制导致的波形畸变：D类功放是通过PWM技术对音频信号进行调制，将其转换成高频方波信号。

但由于PWM调制过程中的采样与保持问题，以及电感元件的电流波动等因素，会导致方波信号的波形不完美，从而引发高频失真。

2.输出级开关特性：D类功放的输出级是由MOSFET开关管构成的，其开关特性决定了输出级对音频信号的响应。

然而，MOSFET开关管的非线性特性会引起失真。

特别是在开关转换的瞬间，MOSFET开关管会产生截断失真、交串失真和非对称失真等问题。

3.电压采样和反馈延迟：D类功放通过电压采样和反馈机制来控制PWM调制，以使输出信号与输入信号保持一致。

然而，电压采样和反馈的过程会引入一定的延迟，导致系统的相位失真和时域失真。

为了解决D类功放失真问题，我们可以采取一些改进措施：1.进一步改善PWM调制技术：提高PWM调制器的采样速度和精度，优化电感元件的选取和设计，减小调制过程中的波形畸变，从而降低高频失真。

2.优化输出级设计：改善MOSFET开关管的选用和特性，降低开关过程中的非线性失真。

可以采用更好的驱动电路和反馈技术，减小输出级对音频信号的影响，提高音频信号的线性度和准确性。

D类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier）近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出(注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二)，只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及。

音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比)如表一所示:表一各類功率放大器的效率比随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。

因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。

如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90%以上远超过效率50%的AB类放大。

所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。

圖 1 D類及AB 類效率比較A类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作，如图2所示，以求放大后的信号不失真。

所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益”（Power Efficiency）低，最大只有25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率，极不适合做功率放大。

但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。

图1图2(a)、(b)皆属A类放大器，设计时让V CE=1/2V CC，以求最大不失真范围。

注意到V i 不输入时仍有0.5V CC/R L的电流流过晶体管，所以晶体管需要良好的散热环境。

由于“共集极”组态（图2(a) Common Collector组态又称“射极跟随器”）转移特性曲线较“共射极”组态（图2(b) Common Emitter组态）有较佳的线性度（亦即失真较低）及较低的输出组抗，因此，同属于A类放大器，射级随耦器却较常被当成输出级使用（“共射级”组态较常被当成“驱动级”使用）。

D 类音频功率放大器（Class D Audio Power Amplifier）B 类、 近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎 A 类、 C 类等放大电路，而讨论音频功率放大器仅强调 A 类、B 类、AB 类而却把 D 类 放大器给忘掉了，事实上 D 类放大器早在 1958 年已被提出(注一)，甚至还有 E 类、F 类、G 类、H 类及 S 类等(注二)，只是这些类型的电路与 D 类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及。

音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源 所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率(输出功率与输入功率之比) 如表一所示: 偏压分类 理想效率 A类 25% AB 类介于 A 与 B 类之间B类 78.5%D类 100%表一 各類功率放大器的效率比随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及 LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。

因 此最近几年音频功率放大器由 AB 类功率放大器转以 D 类功率放大器为主流。

如 图 1 所示(注三)，在实际应用上 D 类放大效率可达 90%以上远超过效率 50%的 AB 类放大。

所以 D 类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的 电子产品。

圖 1D 類 及 AB 類效率比A 类放大器(又称甲类放大器)的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流 通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作 ，如图 2 所示，以求放大后的 信号不失真。

所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率 效益”（Power Efficiency）低，最大只有 25%，不输入信号时丝毫不降低消耗功率， 极不适合做功率放大。

但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用 A 类放大器。

图1图 2(a)、(b)皆属 A 类放大器，设计时让 VCE=1/2VCC，以求最大不失真范围。

[音频功率放大器] D类音频功放IC的原理及特点2010-12-29 23:10:12| 分类：默认分类 | 标签：效率功放 mosfet 音频信号|字号订阅D类音频功放IC的原理及特点1 D类音频功放IC系统结构D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET 电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。

流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声，如图1所示。

2 调制级(PWM-Modulation)调制级就是A／D转换，对输入模拟音频信号采样，形成高低电平形式数字PWM信号。

图2中，比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。

在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。

这是D类功放核心之一，必须要求三角波线性度好，振荡频率稳定，比较器精度高，速度快，产生的PWM方波上升、下降沿陡峭，深入调制措施参见文献[2]。

3 全桥输出级输出级是开关型放大器，输出摆幅为VCC，电路结构如图3所示。

将MOSFET等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET 基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％，但考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗，整体转换效率一般可达90％左右。

因为转换效率很高，所以芯片本身消耗的热能小，温升也才很小，完全可以不考虑散热不良，因此被称为绿色能效D类功放。

对全桥,进一步减小导通损耗，要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。

选取低开关频率和栅源电容小的MOSFET，加强前置驱动器的驱动能力。

4 LPF低通滤波级LPF滤波器可消除PWM信号中电磁干扰和开关信号，提高效率，降低谐波失真，直接影响放大器带宽和THD，必须设置合适截止频率和滤波器滚降系数，以保证音频质量。