放大器
分类
输出晶体管
即便没有输入信号,线性放大器的输出晶体管也始终处于导通状态,持续消耗静态电流。
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输出
图1中的仿真测试是在满功率条件下完成的——此时输入信号幅值足够大,可驱动放大器输出达到电源轨电压且无削波失真。
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在未经过滤时,D类音频功率放大器的输出是频率200kHz-500kHz的轨到轨方波信号。
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放大器的输出电压由电源电压转换而来,电源电压与输出电压的差值会全部损耗在输出晶体管上。
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放大器的输出端需配备滤波器,将脉宽调制输出信号平滑为模拟波形,最终输送至扬声器。
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若D类音频功率放大器的输出采用H桥或全桥架构,则两个输出端均需配置低通滤波器。
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本质上
D类放大器本质上是一种开关模式功率传输电路,与个人计算机中常见的开关模式稳压器原理相似。
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功率效率
上述仿真数据与实际电池续航测试结果相互印证,充分证明D类音频功率放大器的功率效率是线性放大器的2-3倍。
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在一项对比D类与AB类音频功率放大器功率效率的实验室测试中,D类放大器将电池续航时间延长了2.5倍。
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在比较测试结果时,这一点非常重要,因为峰值因子显著影响音频输出放大器的功率效率,正如这些计算效率所示。
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实验中使用音乐信号而非实验室常用的正弦波或单音信号来评估放大器的功率效率——与波形规则、幅值稳定的单音信号不同,音乐信号的幅值变化剧烈且毫无规律。
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采用音乐信号与正弦波信号测试,得到的D类、AB类放大器功率效率结果存在显著差异(见图1)。
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效果
业界已逐渐形成共识:下一代电子设备的设计,必须充分利用D类放大器的高功率效率优势,借此降低系统散热压力。
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但这里存在一个设计权衡:开关频率越高,开关损耗越大,放大器的效率就会随之降低。
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因此,需选用漏电流小、等效串联电阻低的电容,以降低放大器的功率损耗。
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归根结底,D类放大器能够有效减小系统体积、降低成本,同时延长电池供电系统的续航时间。
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由于电感串联在功率信号通路中,其直流串联电阻会降低输送至扬声器的功率,从而降低放大器效率。
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影响
线性放大器的命名源于其工作特性:输出信号的瞬时幅值与输入信号幅值呈线性比例关系,该比例系数即为放大器的增益。
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