無(wú)后級(jí)濾波器的D類放大器的理解

傳統(tǒng)D類放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因?yàn)V波元件的非線性而引入額外失真。圖1給出了MAX9700免濾波器調(diào)制器拓?fù)涞暮?jiǎn)化功能框圖。與傳統(tǒng)的PWM型BTL放大器不同，每個(gè)半橋都有自己專用的比較器，從而可獨(dú)立控制每個(gè)輸出。調(diào)制器由差分音頻信號(hào)和高頻鋸齒波驅(qū)動(dòng)。當(dāng)兩個(gè)比較器輸出均為低電平時(shí)，D類放大器的每個(gè)輸出均為高。與此同時(shí)，或非門的輸出變?yōu)楦唠娖?，但?huì)因?yàn)镽ON和CON組成的RC電路而產(chǎn)生一定延時(shí)。一旦或非門延時(shí)輸出超過(guò)特定門限，開(kāi)關(guān)SW1和SW2即會(huì)閉合。這將使OUT+和OUT-變?yōu)榈?，并保持到下個(gè)采樣周期的開(kāi)始。這種設(shè)計(jì)使得兩個(gè)輸出同時(shí)開(kāi)通一段最短時(shí)間(tON(MIN))，這個(gè)時(shí)間由RON和CON的值決定。如圖2所示，輸入為零時(shí)，兩個(gè)輸出同相并具有tON(MIN)的脈沖寬度。隨著音頻輸入信號(hào)的增加或減小，其中一個(gè)比較器會(huì)在另一個(gè)之前先翻轉(zhuǎn)。這種工作特性外加最短時(shí)間導(dǎo)通電路的作用，將促使一個(gè)輸出改變其脈沖寬度，另一個(gè)輸出的脈沖寬度保持為tON(MIN) (圖2)。這意味著每個(gè)輸出的平均值都包含輸出音頻信號(hào)的半波整流結(jié)果。對(duì)兩路輸出的平均值進(jìn)行差值運(yùn)算，便可得到完整的輸出音頻波形。

圖1. 該簡(jiǎn)化功能框圖展示了MAX9700免濾波器D類調(diào)制器的拓?fù)洹?br />

圖2. MAX9700免濾波器調(diào)制器拓?fù)涞妮斎牒洼敵霾ㄐ巍?/p>

由于MAX9700的輸出端在空閑時(shí)為同相信號(hào)，所以負(fù)載兩端沒(méi)有差分電壓，從而最大限度降低了靜態(tài)功耗，并且無(wú)需外部濾波器。Maxim的免濾波器D類放大器從輸出中提取音頻信號(hào)時(shí)并不依靠外部LC濾波器，而是依靠揚(yáng)聲器負(fù)載固有的電感以及人耳的聽(tīng)覺(jué)特性來(lái)恢復(fù)音頻信號(hào)。揚(yáng)聲器電阻(RE)和電感(LE)形成一個(gè)1階低通濾波器，其截止頻率為：

對(duì)大多數(shù)揚(yáng)聲器而言，這個(gè)1階滾降足以恢復(fù)音頻信號(hào)，并可防止在揚(yáng)聲器電阻上耗散過(guò)多高頻開(kāi)關(guān)能量。即使依然存在殘余開(kāi)關(guān)能量使揚(yáng)聲器組件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，這些頻率也無(wú)法被人耳聽(tīng)到或影響聽(tīng)覺(jué)感受。