电视音频放大器—超薄系统的热测试考虑

缺点是价格昂贵。不过，这一缺陷可以通过一定方式补偿，因为D类放大器对散热要求不高(仅需小尺寸散热器或无需散热器)，IC封装尺寸也更校此外，由于系统必须通过热测试，所以还需考虑测试成本问题。

为了简化两类放大器的比较，我们假设两种放大器都使用FET (而非双极型)晶体管作为输出级，在给定的电源电压(VCC)、负载(RL)和晶体管导通电阻(RDSON)下，两类放大器的最大输出电压也相同，即最大输出功率相同。

假设采用桥接负载(BTL)输出，流过两个晶体管、RDSON的输出电流加倍(图2)。

图2. BTL放大器的输出级

两类放大器的功耗相差较大，假定输出电压为Ua (输出功率P = Ua?/RL)，我们首先从直流分析入手。

AB类

Dab = [(Ua/Rl) × (VCC - Ua)] + IQ × VCC

功耗等于输出电流乘以输出晶体管的压降。

D类

Dd = (Ua/Rl)² × 2 × RDSON + IQ × VCC

功耗主要是电阻损耗，(输出电流)² × R。

两类放大器都有一个公共项：IQ × VCC，其中IQ是静态电流。AB类放大器利用这个电流降低交越失真，而对于D类放大器，该电流代表开关损耗。两类放大器具有相同的静态电流幅度。

通过仿真我们可以进行深入分析，选择一个通用的TV装置，采用12V电源、8Ω扬声器，具体参数如下：

VCC = 12V
Rl = 8Ω
RDSON = 0.3Ω
IQ = 0.02A

图3给出了正弦输入时的效率以及输出信号失真，失真是由于钳位造成的，即电源电压的限制产生的。

图3. 效率与输出功率

下式用于计算输出信号的最大摆幅：

总谐波失真为10%时，输出功率为10W，这时的输出功率被认为是系统的最大输出功率。

从图3可以看出，D类放大器比AB类放大器具有更高的效率，图中仅在两个工作点处D类放大器的效率没有超出AB类放大器：

零输入：两类放大器的功耗为静态功耗，假设二者相同。

无限过载：即使是AB类放大器也产生方波输出，晶体管处于饱和状态，此时两类放大器具有相同效率、功耗、输出功率(15.56W)及失真(43.5%)。

对于电池供电产品，效率是至关重要的指标，电源设计人员更加关注放大器的功耗。图4给出了正弦输入时，两类放大器在不同增益下的功耗曲线。

图4. 功耗与输出功率

额定输出功率10W时，AB类放大器的功耗为2.53W，D类放大器的功耗为0.994W。输入信号电平较低时，D类放大器功耗降低，而AB类放大器功耗增大。

当放大器用来放大音乐或语音信号时，这些结果与实际情况如何关联呢? 通过噪声信号可以很好地模拟实际信号，它与音乐信号具有相同的幅度分布，结果相同。

为了对比实际的收听效果和扬声器的功率处理能力，将x轴从输出功率更改为峰均比，峰均比给出了系统平均输出功率和峰值输出功率(15.56W)的关系。

理想的噪声源峰均比为无穷大，其幅度变化符合"正态分布"，但峰值没有限制。当信号通过仿真放大器时，信号分布会发生变化-输出信号幅度受到电源电压的限制。系统增益变化时，均值(RMS)电压随之改变。如果峰值保持不变，增大RMS电压将减小峰均比。

高峰均比时很少发生削波，但当增益提高时通常会发生削波。图5给出了3dB峰均比下的噪声，输出信号被严重削波。

仿真时，我们并不关心噪声的频谱，实际测试使用了IEC 268-5信号，因为有些放大器会降低高频部分的效率。

改变增益时，可以计算可能造成的峰均比消耗。

图5. 功耗与功率密度(峰均比)

图5显示从左至右功耗增大，随后，由于峰均比降低而减小。

在15dB至12dB之间，信号被严重削波，听众会调低音量。

9dB是扬声器厂家认为可以接受的最大峰均比。

0dB对应于满量程方波输出。

9dB是最合理的热*估测试点，功耗是：

AB类放大器为3.05W

D类放大器为0.388W

功耗比为3.05/0.388 = 7.86；在额定功率测量时，功耗比仅为2.53/0.994 = 2.55。

仿真结果显示了重要的信息。

对于AB类功放，热设计的挑战是通过噪声测试。如果所设计的放大器每通道能够吸收3.05W功率，对于每通道功耗为2.53W的额定输出功率也就不是问题，可以连续输出额定功率。

因为两种类型放大器的功耗测试非常相似，二者的输出功率普遍采用正弦波进行热测试。当然，测试中使用正弦波也很容易建立试验环境，但所得到的功耗低于推荐噪声测试的结果。

换句话说，采用正弦波*估AB类放大器的热性能时，所得结果低于扬声器能够处理的功率。

对于D类放大器，结果正好相反，噪声测试功耗为0.388W，而额定输出功率时需要耗散的功率是1W，相差2.56倍。因此，使用哪种信号进行测试，所得结果相差甚远。

因此，使用正弦波测试D类放大器的热特性时，会造成系统规模过大，提高系统成本。对于D类放大器，可以得出以下结论：

IC供应商需要更大的裸片面积，以降