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ADI专家带你全面了解D类放大器那些事

D类放大器首次提出于1958年,近些年已逐渐流行起来。那么,什么是D类放大器?它们与其它类型的放大器相比如何?为什么D类放大器对于音频应用很有意义?设计一个优质”D类音频放大器需要考虑哪些因素? ADI D类放大器产品的特点是什么? ……小编整理一篇专家经典好文章,与大家一起梳理D类放大器哪些事儿。

音频放大器背景
音频放大器的目的是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上重新产生真实、高效和低失真的输入音频信号。音频频率范围约为20 Hz20 kHz,因此放大器必须在此频率范围内具有良好的频率响应(当驱动频带有限的扬声器时频率范围减小,例如,低音扬声器或高音扬声器)。输出功率能力根据应用情况变化范围很宽,从数毫瓦(mW)的耳机,几瓦(W)的电视(TV)或个人计算机(PC)音频,几十瓦的迷你家庭音响和汽车音频,到几百瓦和几百瓦以上大功率的家用和商用音响系统,以及剧场或音乐厅音响系统。

一种音频放大器的直接模拟实现使用晶体管在线性工作方式下产生一个与输入电压成比例的输出电压。正向电压增益通常很高(至少40 dB)。如果正向增益是反馈环路的一部分,那么总的环路增益也会很高。经常使用反馈环路,因为高环路增益可以改善性能,抑制由于正向路径中线性误差造成的失真,并且通过增加电源抑制(PSR)减少电源噪声。

D类放大器的优点
在传统晶体管放大器中,输出级包含提供瞬时连续输出电流的晶体管。实现音频系统放大器许多可能的类型包括A类放大器,AB类放大器和B类放大器。与D类放大器设计相比较,即使是最有效的线性输出级,它们的输出级功耗也很大。这种差别使得D类放大器在许多应用中具有显著的优势,因为低功耗产生热量较少,节省印制电路板(PCB)面积和成本,并且能够延长便携式系统的电池寿命。

Parents
  • ADI公司D类放大器
    刚才讨论的所有设计问题可以归结到一个要求相当严格的项目。为了节省设计工程师的时间,ADI公司提供各种D类放大器IC,它们含有可编程增益放大器、调制器和功率输出级。为了简化评估,ADI公司为每种类型的放大器提供了演示板。这些演示板的PCB布线和材料清单可以作为切实可行的参考设计,从而帮助客户迅速设计经过验证、经济有效的音频系统而无须为解决D类放大器主要设计问题做重复性的工作

     

    例如,可以考虑使用AD1990AD1992AD1994AD1996双放大器IC系列产品,它们适合要求两个通道每通道输出达到5102540 W的中等功率的立体声或单声道应用。下面是这些IC的一些特性:

     

    AD1994 D类音频功率放大器包含两个可编程增益放大器、两个Σ-Δ调制器和两个功率输出级以在家庭影院、汽车和PC音频应用中驱动全H桥连接的负载。它产生的开关波形可驱动两个25 W立体声扬声器,或一个50 W单声道扬声器,具有90%的效率。其单端输入施加到一个增益可设置为061218 dB的可编程增益放大器(PGA),以处理低电平信号。

     

    AD1994具有集成保护以防止输出级受到过热、过流和冲击电流的危害。由于其特殊的时序控制、软启动和DC失调校准,与静音相关的咔嗒声很微小。其主要性能指标包括0.001% THD105 dB动态范围,大于60 dBPSR,以及采用开关输出级连续时间反馈和优化的输出级栅极驱动器。其1 bit Σ-Δ调制器尤其为D类应用增强以达到500 kHz平均数据频率,对于90%调制具有高环路增益,以及全调制稳定性。独立调制器方式允许驱动外部的大输出功率场效应管(FET)。

     

    AD1994对于PGA、调制器和数字逻辑采用5 V电源,对于开关输出级采用8 V20 V高电压电源。相关的参考设计满足FCC BEMI标准要求。当以5 V12 V电源驱动负载时,其静态功耗为487 mW,在2×1 W输出功率条件下功耗为710 mW,在待机方式下功耗为0.27 mWAD1994采用64引脚LFCSP封装,工作温度范围为–40°C+85°C

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  • ADI公司D类放大器
    刚才讨论的所有设计问题可以归结到一个要求相当严格的项目。为了节省设计工程师的时间,ADI公司提供各种D类放大器IC,它们含有可编程增益放大器、调制器和功率输出级。为了简化评估,ADI公司为每种类型的放大器提供了演示板。这些演示板的PCB布线和材料清单可以作为切实可行的参考设计,从而帮助客户迅速设计经过验证、经济有效的音频系统而无须为解决D类放大器主要设计问题做重复性的工作

     

    例如,可以考虑使用AD1990AD1992AD1994AD1996双放大器IC系列产品,它们适合要求两个通道每通道输出达到5102540 W的中等功率的立体声或单声道应用。下面是这些IC的一些特性:

     

    AD1994 D类音频功率放大器包含两个可编程增益放大器、两个Σ-Δ调制器和两个功率输出级以在家庭影院、汽车和PC音频应用中驱动全H桥连接的负载。它产生的开关波形可驱动两个25 W立体声扬声器,或一个50 W单声道扬声器,具有90%的效率。其单端输入施加到一个增益可设置为061218 dB的可编程增益放大器(PGA),以处理低电平信号。

     

    AD1994具有集成保护以防止输出级受到过热、过流和冲击电流的危害。由于其特殊的时序控制、软启动和DC失调校准,与静音相关的咔嗒声很微小。其主要性能指标包括0.001% THD105 dB动态范围,大于60 dBPSR,以及采用开关输出级连续时间反馈和优化的输出级栅极驱动器。其1 bit Σ-Δ调制器尤其为D类应用增强以达到500 kHz平均数据频率,对于90%调制具有高环路增益,以及全调制稳定性。独立调制器方式允许驱动外部的大输出功率场效应管(FET)。

     

    AD1994对于PGA、调制器和数字逻辑采用5 V电源,对于开关输出级采用8 V20 V高电压电源。相关的参考设计满足FCC BEMI标准要求。当以5 V12 V电源驱动负载时,其静态功耗为487 mW,在2×1 W输出功率条件下功耗为710 mW,在待机方式下功耗为0.27 mWAD1994采用64引脚LFCSP封装,工作温度范围为–40°C+85°C

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