D类放大器原理详解及应用设计指南

　　　　　　　图4：A类、B类和D类放大器输出级的功耗比较

　　由此可见，在宽的负载范围内存在巨大的功耗差。在开始压缩时，D类输出级的功耗大约比B类的输出级小2.5倍，而比A类小27倍。注意：A类输出级消耗的功率比传递给扬声器的功率要更大--这是采用大的直流偏置电流的结果。

　　在压缩开始时，A类放大器的Eff = 25%；B类放大器的Eff =78.5%；D类放大器的Eff =90%(见图5)。这些最佳情况的A类和B类放大器常常被教科书所引用。

　　　　　　　　　图5：A类、B类和D类放大器的效率比较

　　功耗和效率的差异在中等功率电平处加大。这一点对于音频是重要的，因为长期平均高声音乐的电平要比瞬时电平--接近P_LOAD max--低得多(小5到20倍，取决于音乐的类型)。因此，对于音频放大器，[P_LOAD = 0.1 - P_LOAD max]是合理的平均功率电平，在这一点可以评估P_DISS。在该电平，D类输出级的功耗比B类的功耗小9倍，比A类的小107倍。

　　对于具有10-W P_LOAD max的音频放大器，1W的P_LOAD可以被认为是现实的听音电平。在这个条件下，282 mW被消耗在D类的输出级，而B类和A类的输出级则分别要消耗2.53 W和30.2 W。在这种情形下，D类的效率被从较高功率的90%减少到了78%。但是，即使78%也比B类和A类放大器分别28%和3%的效率要高得多。

　　这些差异对系统设计有重要的影响。对于1W以上的功率电平，线性输出级的过多功耗需要很强的冷却措施以避免无法接受的过热，通常在放大器上要采用大块金属板作为散热片或采用风扇吹空气来带走热量。如果放大器以集成电路形式实现，那就需要采用大块和昂贵的热增强封装以便于热的传递。这些考虑在诸如平板电视和汽车音响这样的消费产品中是繁重的，这些产品的空间非常宝贵，市场上呈现向有限的空间中添加更多功能的趋势。

　　对于小于1W的功率电平，解决浪费的功率问题比解决热生成问题更为困难。如果采用电池供电，线性输出级比D类放大器更快地耗尽电池。在上述的实例中，D类输出级消耗的电源电流比B类小2.8倍，比A类小23.6倍，因此，导致蜂窝电话、PDA和MP3播放器之类产品的电池寿命差异很大。

　　为了简化起见，迄今为止的分析都集中在放大器的输出级。然而，如果考虑到放大器系统中的所有功耗源，在低输出功率电平，线性放大器比D类放大器更好。原因在于：在低电平生成和调制开关波形所需要的功率很大。因此，设计优良的AB类放大器的整个系统的静态功耗能够跟D类放大器媲美。然而，在较高的输出功率范围内，D类放大器的功耗毫无疑问是无与伦比的。

下一部分将探讨D类放大器的端接、差分和单端端接方法。

作者：Eric Gaalaas

Analog Devices Inc.(ADI)