如下图所示,经典功放主要由脉冲宽度调制器、开关放大器、低通滤波器等三部分组成。中图是D类功放的原理简图。图中的三角波振荡器、运算放大器构成的比较器,以及输入音频信号构成脉宽涮制器;两只输出MOSPET管组成开关放大器;Lf和Cf构成低通滤波器,用来恢复音频信号。驱动级则用来驱动开关放大器。在驱动级的作用下,放大级的输出在Vdd或-Vdd、之间切换,所以D类放大器的最终输出是一个高频方波。大多数D类放大器的开关频率(Fsw)为250kHz至1.5MHz。音频输入信号对输出方波进行脉宽调制,即音频输入信号与内部振荡器产生的三角波(或锯齿波)进行比较,可得到PWM信号。这种调制方式通常称作“自然采样”,三角波振荡器为采样时钟。输出方波的占空比与输入信号电平成正比。下图为输入音频信号与开关放大器输出信号的关系示意图。
1.桥式输出
很多D类放大器均会使用桥式输出级。-一个桥式输出使用两个如图2所示的开关放大器作为输出级,并以差分方式驱动负载。这种负载连接方式通常称为桥按负载(BTL)。如下图所示,桥式结构是通过转换负载的导通路径来工作的,因此其负载电流可以双向流动,而无需负电源或隔直电容。当脉冲值为正时,场效应管T1、T4,导通,T2、T3截止;当脉冲为负时,T2、T3导通,T1、T4截止。
桥式输出的输出端需要加一个外部LC滤波器,用于提取低频音频信号和防止在负载上耗散高频能量。
2.无输出滤波器
需要外部LC滤波器不仅增加了总 成本和电路板空间,还可能因滤波元件的非线性而引入额外失真,因而成为传统D类功放的主要缺点之一。目前,很多D类放大器采用了先进的“免滤波器”调制方案,从而省掉或最大限度地降低了对外部滤波器的要求。
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