D類功放設計須知（三）

　　三、數(shù)字功放與D類功放、模擬功放的區(qū)別

　　1、數(shù)字功放與D類功放的區(qū)別

　　常見D類功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模擬音頻信號，用內部三角波發(fā)生器產生的三角波和它進行比較，其結果就是一個脈寬調制信號（PWM），然后將PWM信號放大并還原成模擬音頻信號。因此，PWM功放是用脈沖寬度對模擬音頻幅度進行模擬的，其信息的傳遞過程是模擬的、非量化的、非代碼性的。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樣頻率，在性能指標上尚達不到Hi-Fi級的水平。而數(shù)字功放采用一些寬度固定的脈沖來數(shù)字地量化、編碼模擬音頻信號，使音頻信號的還原更為真實。

　　2、數(shù)字功放和模擬功放的區(qū)別

　　數(shù)字功放由于工作方式與傳統(tǒng)模擬功放完全不同，因此克服了模擬功放固有的一些缺點，并且具備了一些獨有的特點。

　　1. 過載能力與功率儲備

　　數(shù)字功放電路的過載能力遠遠高于模擬功放。模擬功放電路分為A類、B類或AB類功率放大電路，正常工作時功放管工作在線性區(qū)；當過載后，功放管工作在飽和區(qū)，出現(xiàn)諧波失真，失真程度呈指數(shù)級增加，音質迅速變壞。而數(shù)字功放在功率放大時一直處于飽和區(qū)和截止區(qū)，只要功放管不損壞，失真度不會迅速增加，如圖1所示。

　　圖1 全數(shù)字功放與普通功放過載失真度比較

　　由于數(shù)字功放采用開關放大電路，效率極高，可達75%“90%（模擬功放效率僅為30%”50%），在工作時基本不發(fā)熱。因此它沒有模擬功放的靜態(tài)電流消耗，所有能量幾乎都是為音頻輸出而儲備，加之前后無模擬放大、無負反饋的牽制，故具有更好的“動力”特性，瞬態(tài)響應好，“爆棚感”極強。

　　2. 交越失真和失配失真

　　模擬B類功放在過零失真，這是由于晶體管在小電流時的非線性特性而引起的在輸出波形正負交叉處的失真（小信號時晶體管會工作在截止區(qū)，無電流通過，導致輸出嚴重失真）。而數(shù)字功放只工作在開關狀態(tài)，不會產生交越失真。

　　模擬功放存在推挽對管特性不一致而造成輸出波形上下不對稱的失配失真，因此在設計推挽放大電路時，對功放管的要求非常嚴格。而數(shù)字功放對開關管的配對無特殊要求，基本上不需要嚴格的挑選即可使用。

　　3. 功放和揚聲器的匹配

　　由于模擬功放中的功放管內阻較大，所以在匹配不同阻值的揚聲器時，模擬功放電路的工作狀態(tài)會受到負載（揚聲器）大小的影響。而數(shù)字功放內阻不超過0.2Ω（開關管的內阻加濾波器內阻），相對于負載（揚聲器）的阻值（4“8Ω）完全可以忽略不計，因此不存在與揚聲器的匹配問題。

　　4. 瞬態(tài)互調失真

　　模擬功放幾乎全部采用負反饋電路，以保證其電聲指標，在負反饋電路中，為了抑制寄生振蕩，采用相位補償電路，從而會產生瞬態(tài)互調失真。數(shù)字功放在功率轉換上沒有采用任何模擬放大反饋電路，從而避免了瞬態(tài)互調失真。

　　5. 聲像定位

　　對模擬功放來說，輸出信號和輸入信號之間一般都存在著相位差，而且在輸出功率不同時，相位失真亦不同。而數(shù)字功放采用數(shù)字信號放大，使輸出信號與輸入信號相位完全一致，相移為零，因此聲像定位準確。

　　6. 升級換代

　　數(shù)字功放通過簡單地更換開關放大模塊即可獲得大功率。大功率開關放大模塊成本較低，在專業(yè)領域發(fā)展前景廣闊。

　　7. 生產調試

　　模擬功放存在著各級工作點的調試問題，不利于大批量生產。而數(shù)字功放大部分為數(shù)字電路，一般不需調試即可正常工作，特別適合于大規(guī)模生產。

　　3、數(shù)字功放和“數(shù)字化”功放、“數(shù)碼”功放的區(qū)別

　　所謂的“數(shù)字化”功放只是在前置級上采用數(shù)字信號處理的方式，在模擬音頻信號或數(shù)字音頻信號輸入后，采用現(xiàn)有的數(shù)字音頻處理集成電路，實現(xiàn)一些比如聲場處理、數(shù)字延時、混響等功能，最后再通過模擬功率放大模塊進行音頻放大。其典型電路框圖如圖2所示。由圖2可知，其各模塊的接口都是采用模擬方式。而數(shù)字聲場處理模塊的大致原理框圖如圖3所示。

　　圖2 數(shù)字化功放電路的組成框圖 圖3 數(shù)字聲場處理模塊原理框圖

　　雖然目前各集成電路廠家都推出了數(shù)字聲場處理、數(shù)字卡拉OK和數(shù)字杜比解碼集成電路。但是由于目前功放大都只能接收模擬音頻信號，所以各集成電路的接口也大多是模擬的，這就需要反復地進行模/數(shù)、數(shù)/模轉換，由此會引入量化噪聲，使音質惡化。

　　全數(shù)字功放除了針對揚聲器的接口以外（這是因為目前揚聲器都只能接受模擬音頻信號），音頻信號在功放內部都是以數(shù)字信號的方式進行處理（包括功率放大）；對于模擬音頻信號，必須轉化成數(shù)字信號后才能進行處理。

　　在已經(jīng)具備數(shù)字音頻的時代推出數(shù)字功放，將可能對音響技術的發(fā)展產生重大影響。