数字功放基础知识

1、数字功放基础知识,功放的分类,甲类放大器，这种功放的工作原理是输出功率器件始终工作在传输特性曲线的线性部分，在输入信号的整个周期内输出器件始终有电流连续流动，这种放大器失真小，但效率低，功率损耗大，一般应用在高档机的较多。 乙类放大器，两只晶体管交替工作，每只晶体管在信号的半个周期内导通，另半个周期内截止。该机效率较高，但缺点是容易产生交越失真（两只晶体管分别导通时发生的失真）。 甲乙类放大器，兼有甲类放大器音质好和乙类放大效率高的优点，被广泛应用于各种音响系统中。 “D类”放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大。人们把此种具有“开关“方式的放大，称为“数字放大器“。,模拟功放,滤波& 缓冲,Analog Sound Control,数字区域,模拟区域,DAC,14dB,30dB,VOL CTL.,PRE- AMP.,PWR AMP.,甲类/乙类/甲乙类,模拟功放功率级电路图,数字功放工作原理,D类数字音频功率放大器与上述各类模拟功放的最大区别是不以线性放大音频信号为基础，而是以放大数字信号为原理的一种数字信号放大技术。

2、D类数字功放首先把模拟音频信号变换为脉冲宽度调制（PWM）信号。在PWM 转换中，以44.1KHz或48 KHz的取样频率和8bit 或16bit 的量化率（即模拟信号振幅值的读出刻度）进行A/D（模拟/数字）变换。然后再把PWM 数字信号进行高效率放大（D 类放大）。由于音频信号的信息全部包含在脉冲的宽度变化中，与脉冲的幅度变化无关，因此，只要采用截止频率为30 KHz 40 KHz的低通滤波器就可把模拟音频信号解调出来。,PWM转换,PWM功率放大,低通滤波器,模拟信号,输入,模拟信号,功率输出,CLASS D 功放,滤波& 缓冲,Analog Sound Control,数字区域,模拟区域,DAC,14dB,VOL CTL.,PRE- AMP.,CLASS D AMP.,数字区域,CLASS D 功放,Class-D是工作在开关状态的放大器，其核心是一个比较器，它生成 脉冲宽度正比于输入音频信号的脉冲宽度调制波（PWM信号）,音频输入信号,250 kHz 三角波,正相输出,反相输出,音频输入信号,250 kHz 三角波,正相输出,反相输出,末级功率MOS管工作原理,CLASS D

3、 功放原理框图,输出低通滤波器,采用开关放大技术的数字功放工作原理与模拟功放完全不同 其开关功率级输出的高频PWM 信号中包含有音频信号，PWM 频率为几百kHz比音频信号带宽2020kHz 大得多为了从PWM 开关信号中恢复出音频信号 通常采用低通滤波器LPF 低通滤波器频率特性如图1所示。 图2 与图3 为PWM 滤波前后的时域与频域分析从图中可以看出减小音频信号得到恢复但也总会残留部分高频开关成分 。,图1,图2,图3,全数字功放工作原理,为适应CD 光碟等数字声源直接输出的脉冲编码调制（PCM） 数字信号输入，数字功放内设有一个PCM 转换为PWM 的调制转换装置,PCM转PWM,PWM功率放大,低通滤波器,数字信号,PCM输入,模拟信号,功率输出,全数字功放,Inter- Face,DSP Sound Control,PCM to PWM,H-bridge,DVD/CD SPDIF USB 1394 MOST,数字区域,模拟区域,全数字功放工作原理,equibit PCM to PWM Processor,CD /DVD /DAB /SACD /MP3,过滤器,扬声器,开关输

4、 出平台,24 bit 32-48kHz 96, 192kHz,Digital PWM Control,V+,V-,TAS50XX 系列,TAS51XX 系列,数字部分,数字信 号来源,PCM 信号,幅度,时间,Fs = 1 / T,PCM PWM,T,A,A,x(1),x(2),x(3),Pulse: 固定幅度 + 可变周期,time,T,PCM,PWM,PWM转换器作用,完成PCM到1-bit编码转换: 较高的脉冲频率 能够被解码通过一个可实现的低通滤波器, 不需要额外的调制元件 高保真 低噪声,PCM Signal,PWM Signal,ENCODING,DSP原理图,功率输出级原理图,各类功放的比较,保真度 & 性能,效率,纯数字功放,Class D,各类功放的比较,模拟 Class AB 音频功放,上下两只管都处于微导通状态 消除了乙类功放固有的交越失真 同时没有甲类功放巨大的热损耗 特性: 较好的效率, 较好的线性 效率: 50% 应用: 主流应用于各种音频方案,线性AB类功放功耗,=,-V1,功率 = 电压 x 电流,平均耗散功率约为 输出功率0.81.2倍,线性AB类功

5、放功耗,双极型PNP/NPN功率管输出 一直有一只管工作在线性区域 多个三极管对产生更高的功率 输出级一直产生损耗 典型损耗为输出功率的 0.8 1.2 大封装器件 (TO-3 or TO-247) 需要大型的散热器,Class D功放,Class D 开关方式放大器 两只管不同时导通和关闭，理论上输出级没有功耗 特点: 最好的效率, 极好的性能 放大器效率: 100%理论值, 90%实际 应用: 下一代音频功放,=,功率 = 电压 x 电流,开关断开 没有电流流过 开关闭合 没有压降产生 因此 P = 0 x I, or V x 0 得到理论功耗 = 0 Watts,Class D 功耗,Class D 功耗,FETs 组成全桥输出 FETs 导通时处于饱和状态，不会工作在线性区 更小的等效导通电阻（ Rdson ）允许通过更大的电流 实际效率 90% 更小的封装 很小的散热器,模拟功放和数字功放的体积比较,松下SC-DT310,凤之声AV999c,157MM,60MM,Panasonic SA-XR25/45,Panasonic SA-XR10,Samsung CHT-350,Panasonic SC-DT200,1、什么是模拟功放？什么是数字功放？数字功放的原理、特点、元器件是哪些？ 2、与传统模拟功放相比，数字功放的技术特点和优点是什么？这些优点带给消费者的利益是什么？ 3、与传统模拟功放相比，数字功放的弱点和不足有哪些？这些弱点或者不足在产品上会如何表现出来？ 4、与传统模拟功放相比，数字功放在哪些技术指标上有明显优势或者劣势？这些指标对听音效果有多大影响？衡量数字功放优劣的主要参数？ 5、现有的数字功放方案供应商主要有哪些？各自的优缺点是什么？ 6、目前市面上采用了数字功放方案的厂家有哪些？谁做的最好，与我们有多大的差距？ 7、数字功放的发展历史，以及目前比较知名的数字功放品牌。数字功放未来的发展前景和方向。模拟功放未来的发展前景和方向。 8、如何简单的识别模拟功放与数字功放？ 9、数字功放成本和普通功放成本的比较？ 10.有无介于数字功放与传统功放之间的半数字功放? 11.数字功放有无专业的标准或认证?,

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