本文你將了解到：

使用 D 類放大器的好處。

選擇 D 類放大器時要注意什么。

在 THD+N 和靜態電流之間進行權衡。

回到過去(1970 年代)， Phase Linear 700這樣的音頻放大器是用分立功率晶體管元件設計的。巨大的音頻功率晶體管，如2N3055和其他當時被配置為驅動大型音頻功率輸出，驅動大型音頻揚聲器。搖滾樂隊曾經把干冰放在這些具有傳奇色彩的350瓦/通道的放大器堆上，為它們降溫。

快進到2022年，我們發現音頻設計工程師喜歡D類放大器的功率效率。D類放大器的性能優于任何A類、B類或AB類線性放大器架構。對于后者的放大器，由于偏置元件和輸出晶體管的線性操作，將出現顯著的功率損耗。

D 類放大器在音頻電路中用作將電流引導至音頻負載的開關。因此，輸出級僅損失少量功率。

D 類放大器中以熱量形式耗散的功率損耗是由輸出晶體管的靜態電流開銷、開關損耗和導通電阻引起的。這些放大器可以使用更小的散熱器——甚至沒有散熱器。因此，D 類放大器非常適合高功率、緊湊的設計。

在設計的早期，與線性放大器相比，基于經典脈寬調制(PWM)的D類放大器的功率效率優勢受到了外部濾波器元件成本、EMI/EMC兼容困難和總諧波失真加噪聲(THD+N)性能差的阻礙。現在，最新一代的D類放大器采用先進的調制和反饋方法來減輕這些潛在的缺點。

為設計選擇 D 類放大器

當設計人員準備設計D類放大器時，他們可能應該從選擇其整體系統設計的最終產品特性開始。

一些關鍵特性可能是響度或輸出功率以及揚聲器/音圈效率。有一個行業標準來指定放大器的功率水平：輸出功率在1%或10% THD+N。

接下來，設計人員需要選擇所選功率級別的通道數。音頻行業的標準功率電平通常是1% 或 10% THD+N 的輸出功率電平。指定功率級別時，請務必注意它是峰值功率還是連續功率。最有可能的設計是立體聲放大器配置，因此需要創建兩個通道。

D 類放大器 Iq

靜態電流 (Iq) 的典型定義是集成電路 (IC) 在空載和非開關啟用條件下消耗的電流。Iq的另一個定義是 IC 在許多超低功耗狀態下消耗的輸入電流。

在電池供電的應用中，可能會花費大量時間處于待機或睡眠模式，靜態電流可將電池的運行時間延長數年。一個很好的例子是像60nA TPS62840 這樣的超低 Iq 降壓轉換器，用于為智能電表應用等始終開啟的應用供電。在這種情況下，它可以實現10 年的電池運行時間。

通常，D類放大器將被設計成電池供電的應用。在當今的電子世界中，智能手表或家用智能鎖就是一個例子。這樣的設計需要:

通過超低泄漏工藝技術和創造性的新控制拓撲結構，實現低功率、永遠在線的長電池運行時間。

快速響應時間，如快速喚醒比較器和零Iq反饋控制。這將在不影響低功耗的情況下實現快速動態響應。

減少外形尺寸，如減少電阻和電容的面積技術。這對于適當地集成到空間受限的應用中，同時不影響靜態功率是至關重要的。

權衡：THD+N 與 Iq

在許多設計中，D 類音頻放大器通常采用使用環路濾波器、PWM和開關功率級的閉環拓撲結構。這將有助于抑制功率級的線性度以改善 THD+N。

如果設計人員選擇不使用更高階環路濾波器或更高開關頻率(f SW )，則反饋環路引入的 PWM 殘余混疊失真將限制最小THD+N。在這里，我們現在在 Iq 和 THD+N 之間進行權衡(見圖)。

圖中顯示的是一個D類放大器的原理圖和波形，有無PWM-殘余混疊降低和建議的頻率均衡。

該圖顯示了建議的PWM 殘留混疊減少。該方法采用前饋路徑(藍色)和頻率均衡塊(紅色Z EQ)設計，使 D 類放大器能夠降低其THD+N 和 Iq。圖的左下角繪制了未采用所提出技術的傳統二階閉環D 類放大器的波形。

為了消除反饋電流(i FB)中的高頻分量，由調制Vin的PWM產生前饋電流(i FF)，并將其添加到環路濾波器中(圖中底部中心圖像)。此外，啟用了使用ZEQ的ppm剩余混疊減少功能(圖中右下角)。

iFF和iFB之間的PWM轉換時序對齊，以消除i C1中的窄脈沖。這個動作進一步抑制了混疊失真。此外，i C1中窄脈沖的缺失降低了OP1(圖中最后一級)的必要偏置電流，從而節省Iq。

總結

70 年代為我們帶來了出色的音頻電子解決方案。不幸的是，這些設備的尺寸和功耗通常都很大且笨重。盡管如此，他們仍然可以產生高質量的音頻。

在當今的電子世界中，靜態電流主導著音頻應用。音頻設備用戶想要更小、更輕，但最終性能還保持很好的音頻設備。引入D 類放大器，這是實現這一目標的關鍵因素，尤其是在便攜式和電池供電設計中。

本文介紹了如何選擇 D 類放大器，以及一些規格權衡決定。最后，我們發現可以通過緊湊、輕便的設計獲得出色的音頻性能，并且在電池供電的情況下比以往更持久。

審核編輯：湯梓紅