详解数字功放的工作原理及参数指标

sunsili

详解数字功放的工作原理及参数指标


一、什么是数字功放？

CLASS-D， 即数字功放也叫D类功放。数字功放的核心特征：

● 音乐信号不能直接放大，需先转换为开关信号；● 放大器工作在开关状态，功率管是场效应管；● 功放输出端有线圈、电容组成的低通滤波器。数字功放相对于模拟功放的主要优势是效率高，而高效率带来的好处是：

● 功放可以做得很小、很轻；   

● 功率可以做很大；   

● 省电，节能环保。

二、功放的基本原理
如下为基本框图：

① 误差校正：用于消除功放产生的失真。方法是，将功放输出的信号采样与输入信号比较，用负反馈方式消除功放产生的失真。
② 脉冲调制：将音乐信号变换为开关控制信号，用以控制开关桥。
③ 开关桥：是数字功放的功率放大部分。功率管采用场效应管，工作在开关状态，因此可以获得90%以上的效率。
④ 低通滤波器：将功率脉冲信号转换为音乐信号。开关桥输出的是大功率的脉冲信号，不能直接送喇叭。
⑤ 开关模式电源：给功放各部分电路供电。相较于模拟功放的环牛电源，开关电源的优势主要是：重量轻，能稳压。

三、数字功放的优势
数字功放的核心优势是高效率，综合使用效率能达到80%以上，远高于其它功放。高效率带来的好处如下：

● 功放发热小，器件工作温度低，寿命和可靠性都会明显提高；

● 体积和重量都远小于模拟功放；

● 体积、重量的大幅度降低，可以节约运输、安装成本，降低搬运、安装难度；

● 节约电能，降低运营费用。

四、主要功能及指标解释
① 效率：举个例子，AB类功放典型效率25%，如果需要得到1KW的音频输出功率，需要输入的交流电：

● 电功率：1000÷0.25=4000W

● 发热量：4000-1000=3000W

D类功放的典型效率80%，同样输出1kW的音频功率，需要输入的交流：

● 电功率：1000÷0.8=1250W

● 发热量：1250-1000=125W

从这个对比，就能很容易明白高效率的意义。
② 有源PFC（有源功率因素校正）：

● 使功放成为电网的纯阻性负载，最大限度的利用电能，减小对电网的污染；

● 使得功放能适应很宽的交流电网电压波动，比如交流电压从90~260伏变化，功放都能以额定输出功率正常工作；

● 在全球任何地方实现即插即用。

③ 接地：由于数字功放基本上都会采用开关电源。为了能通过EMC测试，在开关电源的入口，线、火线与地线间都会接安规电容，因此会有微弱电流泄漏到地上，如果功放不接地，在接触功放机壳时可能会有触电的感觉，因此功放必须接地。
④ 功率：功率是指功放输出音乐能量的大小，功率越大驱动音箱的能力越强。数字功放不仅大幅度提高了8Ω/4Ω负载下的输出功率，而且大大增强了2Ω低负载下带载能力的稳定性。

⑤ 信噪比：信噪比是功放最大额定输出功率与零输入信号时功放输出噪声功率之比值。信噪比主要体现了对功放弱信号的解析能力，以及背景噪音的干净程度。105dB以上的信噪比，应该是一个不错的指标。

⑥ 失真度：失真度是指功放对音乐信号产生畸变的程度。失真度应尽量小，失真度越小表明功放对声音保真度越高，通常认为0.1%以下的失真是很难被发觉的。

⑦ 频响：频响用于表示在规定频率范围内，功放对不同频率信号放大倍数的一致性。理想功放对所有频率信号具有相同的放大倍数，频响曲线是一条水平直线。如果频响不平坦，会出现声染色。

⑧ 阻尼系数：阻尼系数是负载阻抗与功放内阻的比值。表征了功放对喇叭的控制能力。通常功放内阻都足够小，一般认为认为阻尼系数大于200就足够好了。在实际工程上，喇叭与功放间的连线，是导致功放对喇叭控制能力变差的主要原因。