音頻放大器

　　放大器可以分為如下幾類：A類、B類、AB類和C類。放大器的類別基本上由晶體管放大器的工作點(diǎn)或靜態(tài)點(diǎn)決定。此點(diǎn)位于共發(fā)射極配置中晶體管輸出特性的直流負(fù)載線上。靜態(tài)點(diǎn)表示相對(duì)于特定基極電流“IB”的特定集電極電流“IC”?；鶚O電流“IB”取決于晶體管的偏置，集電極電流 “IC”是直流電流增益“hfe”與基極電流“IB”的乘積。A類放大器的靜態(tài)點(diǎn)幾乎位于負(fù)載線有效區(qū)間的中點(diǎn)，對(duì)于任何給定的輸入信號(hào)變化，晶體管總是在有效區(qū)間工作，忠實(shí)放大輸入信號(hào)，而不會(huì)引起任何中斷或失真。此類放大器用于小信號(hào)放大，然后該信號(hào)即可驅(qū)動(dòng)功率放大器。由于晶體管始終導(dǎo)通，因此會(huì)消耗大量功率，功率效率較低。這使得A類放大器不適合用作功率放大器。為了提高效率，晶體管必須關(guān)閉一定的時(shí)間，為此需要降低直流負(fù)載線上的靜態(tài)點(diǎn)，使它偏向截止區(qū)間。這樣就得到其他類型的放大器，如B類、AB類和C類。采用推挽配置的B類放大器是首選功率放大器。它以推挽方式使用兩個(gè)晶體管，各晶體管導(dǎo)通 180°。

　　但在交越時(shí)，存在一個(gè)二者均不導(dǎo)通的區(qū)間，這會(huì)導(dǎo)致交越失真。C類放大器的功率效率可以達(dá)到80%，但由于晶體管的導(dǎo)通比例不足輸入信號(hào)的50%，因此輸出失真較高。在有效區(qū)間使用晶體管還要求利用散熱器來(lái)保護(hù)晶體管，而這正是D類放大器技術(shù)優(yōu)于其他類型的地方。

　　圖7為一個(gè)D類放大器系統(tǒng)。有時(shí)將這種放大器稱為數(shù)字放大器，但事實(shí)并非如此。其工作原理仍然與其他類型放大器相同，但D類放大器的輸入信號(hào)為PWM(脈沖寬度調(diào)制)信號(hào)。由于數(shù)字輸入在邏輯高電平和邏輯低電平之間來(lái)回切換，因此晶體管工作在飽和區(qū)間或截止區(qū)間，但決不會(huì)工作在有效區(qū)間，因此功耗始終最低。這使得功率效率大幅提高，但同時(shí)也會(huì)引起較高的總諧波失真(THD)。

?

　　圖7 模擬域中的D類放大器系統(tǒng)框圖

　　為了解調(diào)PWM并重建原始模擬波形，需要使用由LC(電感+電容)構(gòu)成的高質(zhì)量低通濾波器。由于大多數(shù)音頻系統(tǒng)使用DSP，因此D類放大器對(duì)音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)很有利。音頻信號(hào)可以由DSP本身調(diào)制為PWM，然后直接饋送至D類放大器的輸入端，而無(wú)須使用音頻DAC或編解碼器。因此，除了提高放大器功率效率以外，它還能通過消除編解碼器/DAC來(lái)降低系統(tǒng)成本。對(duì)于D類放大器設(shè)計(jì)而言，低通重建濾波器是確保良好THD指標(biāo)的最重要因素。

　　結(jié)語(yǔ)

　　音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)近年來(lái)發(fā)展迅猛，特別是在家庭娛樂和汽車音響領(lǐng)域。各種標(biāo)準(zhǔn)、編碼技術(shù)和強(qiáng)大的處理器已使得多聲道高清音頻成為現(xiàn)實(shí)。音頻系統(tǒng)設(shè)計(jì)人員仍在攻克各種難題，例如，保持高功率效率、實(shí)現(xiàn)更低的THD和再現(xiàn)高質(zhì)量聲音等。