D类功放的基本介绍 功放简称功率放大器,主要用于对微弱信号进行放大。 功放的分类:A(甲)类功放,B(乙)类功放,AB(甲乙)类功放,D(丁)类功放。 此文主要介绍D类功放。 D类功放的基本组成:
图1:D类功放的基本结构 包括调制器,开关放大器,低通滤波器,图上的换能器一般为将电信号转换为音频信号的喇叭。 其内部基本单电路:
图2:D类功放的基本单电路 工作原理: 假设低频的正玄波为信号源a(下图红色),经过比较器和三角波(下图蓝色)进行进行比较,得到占空比不同的PWM调制(下图紫色)(此时输出信号的脉宽与输入信号的幅值成正比),再经过由PMOS,NMOS组成的推挽输出进行放大和反向(幅度放大到与VDD相同),放大后的信号经过低通滤波器LC后(假设滤波器的截止频率比输出级的开关频率至少低一个数量级)他的输出时方波的平均值,还原成模拟信号正玄波。
图3:信号的调制和解调过程 关于低通滤波器 LC低通滤波器,可以将高频能量滤除,防止阻性负载上耗散高频开关能量(但是目前D类功放大部分都是filterless,详细见下文最后章节)。假设滤波后的输出电压(VO_AVG)和电流(IAVG)在单个开关周期内保持恒定。这种假设较为准确,因为fSW比音频输入信号的最高频率要高得多。因此,占空比与滤波后的输出电压之间的关系,可通过对电感电压和电流进行简单的时间域分析得到。 流经电感的瞬时电流为:
其中VL(t)为电感的瞬时电压。 由于流入负载的平均电流(IAVG)在单个开关周期内可以看作是恒定的,所以开关周期(TSW)开始时的电感电流必定与开关周期结束时的电感电流相同,如图4所示:
图4: 基本的半桥式D类放大器中,滤波器电感电流和电压波形。 等式2表明,电感电压在一个开关周期内的积分必定为0。利用等式2并观察图3给出的VL(t)波形,可以看出,各区域面积(AON和AOFF)的绝对值只有彼此相等,等式2才能成立。基于这一信息,我们可以利用开关波形占空比来表示滤波后的输出电压:
将等式4和5代入等式3,得到以下等式:
最后,得到VO的表达式:
式中D是输出开关波形的占空比. 省去输出滤波器—免滤波器调制器 待更新
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