什么是D類功放？

在過(guò)去的幾十年里，音頻內(nèi)容已經(jīng)取得了非常大的進(jìn)步，從經(jīng)典的電子管放大器到現(xiàn)代媒體播放器，技術(shù)進(jìn)步了改變了數(shù)字媒體的消費(fèi)方式。揚(yáng)聲器技術(shù)取得了非常大的進(jìn)步，但放大器方法的改進(jìn)發(fā)揮了重要作用，尤其是 D 類放大器。

這篇文章主要分享：D 類放大器，D 類放大器的優(yōu)缺點(diǎn)，D 類放大器原理、D 類放大器電路圖、D 類放大器設(shè)計(jì)、D 類放大器測(cè)試。

一、D 類放大器框圖

什么是 D 類音頻放大器?最簡(jiǎn)單的一個(gè)說(shuō)法 D 類音頻放大器是一個(gè)開關(guān)放大器。為了了解 D 類音頻放大器的工作原理，我們需要了解 D 類音頻放大器的功能以及開關(guān)信號(hào)是如何產(chǎn)生的。下面給出了框圖幫助大家理解。

D 類音頻放大器工作原理圖

二、 D 類放大器怎么樣?

D 類放大器效率高。與 A 類、B 類和 AB 類放大器相比，D 類音頻放大器的效率可高達(dá) 90-95%，AB 類放大器的最大效率為 60-65%，因?yàn)樗鼈児ぷ髟谟性磪^(qū)并表現(xiàn)出低功率損耗，如果將集電極 - 發(fā)射極電壓乘以電流，你就會(huì)發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。

三、D 類放大器原理

現(xiàn)在，回到 D 類音頻放大器的功能簡(jiǎn)化框圖。

D 類放大器原理 你在同相端看到的，有音頻輸入;在反相端，有高頻三角信號(hào)。此時(shí)，當(dāng)輸入音頻信號(hào)的電壓大于三角波的電壓時(shí)，比較器的輸出變?yōu)楦唠娖?，?dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，輸出為低電平。有了這個(gè)設(shè)置，我們只是用高頻載波信號(hào)調(diào)制輸入音頻信號(hào)，然后連接到 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng) IC，顧名思義，驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè) MOSFET 的柵極側(cè)和低側(cè)一次。在輸出端，得到一個(gè)強(qiáng)大的高頻方波，我們通過(guò)一個(gè)低通濾波器來(lái)獲得我們最終的音頻信號(hào)。

D 類放大器工作原理圖

四、D 類放大器設(shè)計(jì)所需組件

了解了 D 類放大器的基礎(chǔ)知識(shí)后，我們可以來(lái) DIY D 類放大器。這是一個(gè)比較簡(jiǎn)單的測(cè)試項(xiàng)目，組件也比較通用，你直接在網(wǎng)上就可以買到大部分組件，下面給出了帶圖片的組件列表。

構(gòu)建 D 類功率放大器的零件清單 構(gòu)建 D 類功率放大器的零件清單：

構(gòu)建 D 類功率放大器的零件清單圖

五、D類音頻放大器電路圖

D 類放大器電路電路圖如下所示：

D 類放大器電路電路圖

六、D 類放大器的使用方法

這里主要是講一下 D 類音頻放大器的主要每個(gè)功能模塊，并且解釋每個(gè)模塊的工作原理。

1、輸入電壓調(diào)節(jié)器

輸入電壓調(diào)節(jié)器首先使用 5V 穩(wěn)壓器 LM7805 和 12 伏穩(wěn)壓器 LM7812 調(diào)節(jié)輸入電壓。這里非常重要，因?yàn)槲覀円?13.5V 直流適配器為電路供電，而為 NE555 和 IR2110 IC 供電，需要 5V 和 12V 電源。

2、帶有 555 非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的三角波發(fā)生器：

帶有 555 非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的三角波發(fā)生器 從下圖可以看出，我們使用了一個(gè)帶有 2.2K 電阻的 555 定時(shí)器來(lái)產(chǎn)生一個(gè) 260KHz 的三角信號(hào)。

3、調(diào)制電路：

調(diào)制電路 從上圖中可以看出，我們使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 LM358 運(yùn)算放大器來(lái)調(diào)制輸入音頻信號(hào)。說(shuō)到輸入的音頻信號(hào)，我們使用了兩個(gè) 10K 輸入電阻來(lái)獲取音頻信號(hào)，并且由于我們使用的是單電源，因此我們連接了一個(gè)電位器來(lái)抵消輸入音頻中存在的零信號(hào)。當(dāng)輸入音頻信號(hào)的值大于輸入三角波時(shí)，該比較器的輸出將為高電平，在輸出端，我們將獲得調(diào)制方波，然后將其饋送到 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC。

4、IR2110 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC：

IR2110 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 我們使用了 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 來(lái)正確驅(qū)動(dòng) MOSFET。所有必要的電路都按照IR2110 IC 數(shù)據(jù)表的建議放置。為了正常工作，該 IC 需要輸入信號(hào)的反相信號(hào)，所以我們使用BF200高頻晶體管來(lái)產(chǎn)生輸入信號(hào)的反相方波。

5、MOSFET 輸出級(jí)：

MOSFET 輸出級(jí) 從上圖中可以看出，我們有 MOSFET 輸出級(jí)，它也是主要的輸出驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槲覀冋谔幚砀哳l和電感，所以總是涉及瞬態(tài)，所以我們使用一些 UF4007 作為反激防止 MOSFET 損壞的二極管。

6、LC 低通濾波器：

LC 低通濾波器 MOSFET驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出是高頻方波，這種信號(hào)絕對(duì)不適合驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等負(fù)載。為了防止它，我們使用了一個(gè) 26uH 電感和一個(gè) 1uF 無(wú)極性電容來(lái)制作一個(gè)低通濾波器，記為 C11。這就是簡(jiǎn)單的電路功能。

七、測(cè)試 D 類放大器電路

測(cè)試 D 類放大器電路 從上圖中可以看出，使用了一個(gè) 12V 電源適配器為電路供電，它發(fā)出的電壓比 12V 略高，準(zhǔn)確地說(shuō)是 13.5V，非常適合我們的板載 LM7812 穩(wěn)壓器。負(fù)載使用的是 4 Ω、5 W 的揚(yáng)聲器。對(duì)于音頻輸入，我使用的是帶有 3.5 毫米長(zhǎng)音頻插孔的筆記本電腦。當(dāng)電路通電時(shí)，不會(huì)像其他類型的放大器那樣發(fā)出明顯的嗡嗡聲，但是這個(gè)電路在較高的輸入電平下會(huì)出現(xiàn)削波問(wèn)題，所以這個(gè)電路有很大的改進(jìn)空間。當(dāng)驅(qū)動(dòng)中等低負(fù)載時(shí)，MOSFET 根本沒(méi)有變熱，因此對(duì)于這些測(cè)試，它不需要任何散熱器。

八、進(jìn)一步增強(qiáng)

這個(gè) D 類放大器電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的原型，有很大的改進(jìn)空間，這個(gè)電路的主要問(wèn)題是采樣技術(shù)，需要改進(jìn)。為了減少放大器的削波，需要計(jì)算適當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜狄垣@得完美的低通濾波器級(jí)。與往常一樣，可以在 PCB 上制作電路以獲得更好的性能，可以添加一個(gè)保護(hù)電路，以保護(hù)電路免受過(guò)熱或短路的影響。