D類音頻放大器課件

D類音頻放大器美國PowerAnalog微電子公司首席科學(xué)家茅于海1PowerAnalogMicrosystemD類音頻放大器美國PowerAnalog微電子公司1Po放大器的分類（一）甲類放大器:效率約為20%2PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（一）甲類放大器:效率約為20%2PowerA放大器的分類（二）乙類放大器:效率約為50%3PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（二）乙類放大器:效率約為50%3PowerA放大器的分類（三）甲乙類放大器:效率約為50%4PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（三）甲乙類放大器:效率約為50%4Power放大器的分類（四）甲類放大器－失真最小，靜點(diǎn)工作電流最大，效率最低乙類放大器－失真較大，靜點(diǎn)工作電流最小，效率較高甲乙類放大器－失真中等，靜點(diǎn)工作電流中等，效率中等丙類放大器－失真極大，主要用在射頻調(diào)諧放大器中D類放大器－或丁類放大器，不是工作點(diǎn)的不同，而是工作原理完全不同的新型放大器，也有人稱之為數(shù)字放大器5PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（四）甲類放大器－失真最小，靜點(diǎn)工作電流最大，效D類放大器的工作原理PWM（脈寬調(diào)制）的工作原理6PowerAnalogMicrosystemD類放大器的工作原理PWM（脈寬調(diào)制）的工作原理6PowerD類放大器的構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器比較器＋－輸入信號(hào)功放低通濾波脈寬調(diào)制信號(hào)7PowerAnalogMicrosystemD類放大器的構(gòu)成鋸齒波比較器＋－輸入信號(hào)功放低通脈寬調(diào)制信號(hào)D類放大器的原理圖（一）單端輸出8PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（一）單端輸出8PowerAnalogD類放大器的原理圖（二）加負(fù)反饋的D類放大器9PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（二）加負(fù)反饋的D類放大器9PowerAD類放大器的原理圖（三）橋式輸出的D類放大器10PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（三）橋式輸出的D類放大器10PowerD類放大器的性能極高的工作效率，在二十瓦以內(nèi)不需要散熱器最少的外部工作元件很小的總諧波失真（THD＋N）無外部濾波器時(shí)（利用喇叭線圈作為濾波器）會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射干擾11PowerAnalogMicrosystemD類放大器的性能極高的工作效率，在二十瓦以內(nèi)不需要散熱器11D類放大器的效率(一)末級(jí)晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)理想開關(guān)效率為100％截止時(shí)的損耗可以忽略主要為導(dǎo)通時(shí)的電阻Ron效率＝RL/(2Ron+RL)12PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率(一)末級(jí)晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)效率＝RL/(D類放大器的效率（二）主要由末級(jí)導(dǎo)通電阻值Ron決定若負(fù)載電阻為4歐姆，導(dǎo)通電阻為0.1歐姆，則效率為95％若導(dǎo)通電阻增大至0.3歐姆，負(fù)載電阻不變，則效率降低為87％13PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（二）主要由末級(jí)導(dǎo)通電阻值Ron決定13PoD類放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrD類放大器的效率（四）因?yàn)榉糯笃鞔蠖鄶?shù)時(shí)間工作于低輸出功率的狀態(tài)，所以D類放大器的效率平均比AB類放大器的效率高2.5到3倍這種高效率的特點(diǎn)決定了D類放大器特別適合用于便攜式設(shè)備（延長電池壽命，不需要散熱器而減小體積）和特大功率設(shè)備（減小功耗）中15PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（四）因?yàn)榉糯笃鞔蠖鄶?shù)時(shí)間工作于低輸出功率的D類放大器的失真（一）主要考慮非線性失真或總諧波失真THD＋N其產(chǎn)生是由于：采樣時(shí)的脈寬誤差和量化誤差驅(qū)動(dòng)管的死區(qū)和延時(shí)功放管的導(dǎo)通時(shí)間和體二極管恢復(fù)輸出濾波電感和電容的非線性16PowerAnalogMicrosystemD類放大器的失真（一）主要考慮非線性失真或總諧波失真THD＋D類放大器的失真（二）典型的THD＋N和輸出功率的關(guān)系（8歐姆，1kHz,6V）17PowerAnalogMicrosystemD類放大器的失真（二）典型的THD＋N和輸出功率的關(guān)系（8歐D類放大器的濾波（一）末級(jí)晶體管輸出的是脈寬調(diào)制的矩形波必須經(jīng)過低通濾波才能濾出音頻信號(hào)動(dòng)圈式喇叭本身具有電感如果采用較高的矩形波頻率就很容易濾除高頻18PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（一）末級(jí)晶體管輸出的是脈寬調(diào)制的矩形波18D類放大器的濾波（二）過高的矩形波頻率會(huì)導(dǎo)致效率降低，失真加大無濾波器方案會(huì)在放大器和喇叭之間的引線上引起較大的射頻輻射干擾簡單的濾波器就可以很好地解決射頻干擾問題還可以提高效率19PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（二）過高的矩形波頻率會(huì)導(dǎo)致效率降低，失真加D類放大器的濾波（三）開關(guān)頻率＝1MHzL=10uH,C=0.146uF開關(guān)頻率＝1MHzL=5uH,C=0.146uF20PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（三）開關(guān)頻率＝1MHz開關(guān)頻率＝1MHz2D類放大器的芯片21PowerAnalogMicrosystemD類放大器的芯片21PowerAnalogMicrosyD類放大器的應(yīng)用－手機(jī)極其有限的電池壽命極其有限的空間要求不高的音質(zhì)單聲道但必須防止射頻干擾22PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－手機(jī)極其有限的電池壽命22PowerAnD類放大器的應(yīng)用－MP3播放器電池壽命短音質(zhì)要求高空間極其有限無射頻部分要有立體聲LCDDisplayCPUDSPUSBBatteryChargerBatteryDACNANDFlashVoltageRegulatorsClass-DAudioAmp.SDOrCFUserkeyWhiteLEDBacklight23PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－MP3播放器電池壽命短LCDDSPUSBBD類放大器的應(yīng)用－便攜式DVD播放機(jī)有限電池壽命有限空間中等音質(zhì)要求立體聲無射頻部分MPEGDecoderDVDDriverCVBSProgressiveTVEncoderS-VideoFrameBufferROMAudioProcessingClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators24PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－便攜式DVD播放機(jī)有限電池壽命MPEGDVD類放大器的應(yīng)用－便攜式電視機(jī)模擬或數(shù)字式有限電池壽命有限空間音質(zhì)要求中等要有立體聲(喇叭或耳機(jī)）有射頻部分ToLCDPanelDigitalYUVSignalAudioD/AMPEGDecoderRFTVTunerQAM/DMB-T/QPSKScaler

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AdvancedVideoprocessorFrameBufferROMFrameBufferClass-DAudioAmp.25PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－便攜式電視機(jī)模擬或數(shù)字式ToLCDPaD類放大器的應(yīng)用－筆記本電腦有限的電池壽命有限的空間要求中等音質(zhì)要求立體聲無射頻部分CPUDRAML2Cache256K2.5VHostBus66-100MHzPCIBridge3.3VPCIBus33MHzLCXLCXLCXLCXGraphicsCardBusIDEAudioClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators26PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－筆記本電腦有限的電池壽命CPUDRAML2D類放大器的應(yīng)用－手提式對(duì)講機(jī)有限空間有限電池壽命低音質(zhì)要求單聲道DuplexerLNAPowerAmpVCOPLLVCOIFAmpl.Ampli-fierFMDiscri-minatorPre-ampl.Class-DAudioAmp.Modu-latorPowerModule/BatteryAntenna27PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－手提式對(duì)講機(jī)有限空間DuplexerLNAD類放大器的應(yīng)用－汽車音響電源比較有限體積比較有限要求較高音質(zhì)要求立體聲Class-DAudioAmp.LNAVCOIFAMDetectorLNAVCOIFFMDemod.AMReceiverFMReceiverLaserPickupCDDriveSwitchDAC28PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－汽車音響電源比較有限Class-DLNAVD類放大器的應(yīng)用－其它傳統(tǒng)音響設(shè)備包括免提電話機(jī)、臺(tái)式機(jī)有源音箱、電視機(jī)、功放、家庭影院無體積限制無電源限制無空間限制必須在性能和價(jià)格上和模擬功放競(jìng)爭29PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－其它傳統(tǒng)音響設(shè)備包括免提電話機(jī)、臺(tái)式機(jī)有源各種應(yīng)用一覽表MP3播放機(jī)手機(jī)便攜式DVD便攜式TV筆記本PC對(duì)講機(jī)汽車音響臺(tái)式機(jī)音箱電視機(jī)音響功放電池壽命極其有限相當(dāng)有限比較有限比較有限有限比較有限不太有限無限制無限制無限制空間大小極其有限極其有限比較有限比較有限有限比較有限不太有限無限制無限制無限制聲道數(shù)立體聲單聲道立體聲立體聲立體聲單聲道立體聲立體聲立體聲多聲道音質(zhì)要求極高不高較高較高普通不高較高普通較高極高功率要求幾百毫瓦<1瓦幾瓦幾瓦幾瓦幾百毫瓦-幾瓦10－20瓦幾瓦幾瓦-幾十瓦20瓦以上30PowerAnalogMicrosystem各種應(yīng)用一覽表MP3播放機(jī)手機(jī)便攜式DVD便攜式TV筆記本PPAM公司的D類放大器產(chǎn)品PAM8101，1.5W，單聲道，高效率（85%),低失真（THD＋N＝0.05%）PAM8201，1.5W，立體聲，高效率（85%),低失真（THD＋N＝0.05%）小體積（PAM8101只有2mmx3mm)極少的外部元件，只有兩、三個(gè)電容，不需要電感極低的價(jià)格，可以和模擬功放競(jìng)爭！31PowerAnalogMicrosystemPAM公司的D類放大器產(chǎn)品PAM8101，1.5W，單聲道，PAM芯片的外部元件單聲道PAM8101立體聲PAM820132PowerAnalogMicrosystemPAM芯片的外部元件單聲道立體聲32PowerAnalogD類放大器的市場(chǎng)前景2003年增長200％至$84Million2004將增長68％2008將達(dá)$823MTheSemiconductorReporter(ForwardConcept):June15,200433PowerAnalogMicrosystemD類放大器的市場(chǎng)前景2003年增長200％TheSemic謝謝大家！34PowerAnalogMicrosystem謝謝大家！34PowerAnalogMicrosysteD類音頻放大器美國PowerAnalog微電子公司首席科學(xué)家茅于海35PowerAnalogMicrosystemD類音頻放大器美國PowerAnalog微電子公司1Po放大器的分類（一）甲類放大器:效率約為20%36PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（一）甲類放大器:效率約為20%2PowerA放大器的分類（二）乙類放大器:效率約為50%37PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（二）乙類放大器:效率約為50%3PowerA放大器的分類（三）甲乙類放大器:效率約為50%38PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（三）甲乙類放大器:效率約為50%4Power放大器的分類（四）甲類放大器－失真最小，靜點(diǎn)工作電流最大，效率最低乙類放大器－失真較大，靜點(diǎn)工作電流最小，效率較高甲乙類放大器－失真中等，靜點(diǎn)工作電流中等，效率中等丙類放大器－失真極大，主要用在射頻調(diào)諧放大器中D類放大器－或丁類放大器，不是工作點(diǎn)的不同，而是工作原理完全不同的新型放大器，也有人稱之為數(shù)字放大器39PowerAnalogMicrosystem放大器的分類（四）甲類放大器－失真最小，靜點(diǎn)工作電流最大，效D類放大器的工作原理PWM（脈寬調(diào)制）的工作原理40PowerAnalogMicrosystemD類放大器的工作原理PWM（脈寬調(diào)制）的工作原理6PowerD類放大器的構(gòu)成鋸齒波發(fā)生器比較器＋－輸入信號(hào)功放低通濾波脈寬調(diào)制信號(hào)41PowerAnalogMicrosystemD類放大器的構(gòu)成鋸齒波比較器＋－輸入信號(hào)功放低通脈寬調(diào)制信號(hào)D類放大器的原理圖（一）單端輸出42PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（一）單端輸出8PowerAnalogD類放大器的原理圖（二）加負(fù)反饋的D類放大器43PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（二）加負(fù)反饋的D類放大器9PowerAD類放大器的原理圖（三）橋式輸出的D類放大器44PowerAnalogMicrosystemD類放大器的原理圖（三）橋式輸出的D類放大器10PowerD類放大器的性能極高的工作效率，在二十瓦以內(nèi)不需要散熱器最少的外部工作元件很小的總諧波失真（THD＋N）無外部濾波器時(shí)（利用喇叭線圈作為濾波器）會(huì)產(chǎn)生電磁波輻射干擾45PowerAnalogMicrosystemD類放大器的性能極高的工作效率，在二十瓦以內(nèi)不需要散熱器11D類放大器的效率(一)末級(jí)晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)理想開關(guān)效率為100％截止時(shí)的損耗可以忽略主要為導(dǎo)通時(shí)的電阻Ron效率＝RL/(2Ron+RL)46PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率(一)末級(jí)晶體管工作于開關(guān)狀態(tài)效率＝RL/(D類放大器的效率（二）主要由末級(jí)導(dǎo)通電阻值Ron決定若負(fù)載電阻為4歐姆，導(dǎo)通電阻為0.1歐姆，則效率為95％若導(dǎo)通電阻增大至0.3歐姆，負(fù)載電阻不變，則效率降低為87％47PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（二）主要由末級(jí)導(dǎo)通電阻值Ron決定13PoD類放大器的效率（三）48PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（三）14PowerAnalogMicrD類放大器的效率（四）因?yàn)榉糯笃鞔蠖鄶?shù)時(shí)間工作于低輸出功率的狀態(tài)，所以D類放大器的效率平均比AB類放大器的效率高2.5到3倍這種高效率的特點(diǎn)決定了D類放大器特別適合用于便攜式設(shè)備（延長電池壽命，不需要散熱器而減小體積）和特大功率設(shè)備（減小功耗）中49PowerAnalogMicrosystemD類放大器的效率（四）因?yàn)榉糯笃鞔蠖鄶?shù)時(shí)間工作于低輸出功率的D類放大器的失真（一）主要考慮非線性失真或總諧波失真THD＋N其產(chǎn)生是由于：采樣時(shí)的脈寬誤差和量化誤差驅(qū)動(dòng)管的死區(qū)和延時(shí)功放管的導(dǎo)通時(shí)間和體二極管恢復(fù)輸出濾波電感和電容的非線性50PowerAnalogMicrosystemD類放大器的失真（一）主要考慮非線性失真或總諧波失真THD＋D類放大器的失真（二）典型的THD＋N和輸出功率的關(guān)系（8歐姆，1kHz,6V）51PowerAnalogMicrosystemD類放大器的失真（二）典型的THD＋N和輸出功率的關(guān)系（8歐D類放大器的濾波（一）末級(jí)晶體管輸出的是脈寬調(diào)制的矩形波必須經(jīng)過低通濾波才能濾出音頻信號(hào)動(dòng)圈式喇叭本身具有電感如果采用較高的矩形波頻率就很容易濾除高頻52PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（一）末級(jí)晶體管輸出的是脈寬調(diào)制的矩形波18D類放大器的濾波（二）過高的矩形波頻率會(huì)導(dǎo)致效率降低，失真加大無濾波器方案會(huì)在放大器和喇叭之間的引線上引起較大的射頻輻射干擾簡單的濾波器就可以很好地解決射頻干擾問題還可以提高效率53PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（二）過高的矩形波頻率會(huì)導(dǎo)致效率降低，失真加D類放大器的濾波（三）開關(guān)頻率＝1MHzL=10uH,C=0.146uF開關(guān)頻率＝1MHzL=5uH,C=0.146uF54PowerAnalogMicrosystemD類放大器的濾波（三）開關(guān)頻率＝1MHz開關(guān)頻率＝1MHz2D類放大器的芯片55PowerAnalogMicrosystemD類放大器的芯片21PowerAnalogMicrosyD類放大器的應(yīng)用－手機(jī)極其有限的電池壽命極其有限的空間要求不高的音質(zhì)單聲道但必須防止射頻干擾56PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－手機(jī)極其有限的電池壽命22PowerAnD類放大器的應(yīng)用－MP3播放器電池壽命短音質(zhì)要求高空間極其有限無射頻部分要有立體聲LCDDisplayCPUDSPUSBBatteryChargerBatteryDACNANDFlashVoltageRegulatorsClass-DAudioAmp.SDOrCFUserkeyWhiteLEDBacklight57PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－MP3播放器電池壽命短LCDDSPUSBBD類放大器的應(yīng)用－便攜式DVD播放機(jī)有限電池壽命有限空間中等音質(zhì)要求立體聲無射頻部分MPEGDecoderDVDDriverCVBSProgressiveTVEncoderS-VideoFrameBufferROMAudioProcessingClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators58PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－便攜式DVD播放機(jī)有限電池壽命MPEGDVD類放大器的應(yīng)用－便攜式電視機(jī)模擬或數(shù)字式有限電池壽命有限空間音質(zhì)要求中等要有立體聲(喇叭或耳機(jī)）有射頻部分ToLCDPanelDigitalYUVSignalAudioD/AMPEGDecoderRFTVTunerQAM/DMB-T/QPSKScaler

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AdvancedVideoprocessorFrameBufferROMFrameBufferClass-DAudioAmp.59PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－便攜式電視機(jī)模擬或數(shù)字式ToLCDPaD類放大器的應(yīng)用－筆記本電腦有限的電池壽命有限的空間要求中等音質(zhì)要求立體聲無射頻部分CPUDRAML2Cache256K2.5VHostBus66-100MHzPCIBridge3.3VPCIBus33MHzLCXLCXLCXLCXGraphicsCardBusIDEAudioClass-DAudioAmp.BatteryChargerBatteryVoltageRegulators60PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－筆記本電腦有限的電池壽命CPUDRAML2D類放大器的應(yīng)用－手提式對(duì)講機(jī)有限空間有限電池壽命低音質(zhì)要求單聲道DuplexerLNAPowerAmpVCOPLLVCOIFAmpl.Ampli-fierFMDiscri-minatorPre-ampl.Class-DAudioAmp.Modu-latorPowerModule/BatteryAntenna61PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－手提式對(duì)講機(jī)有限空間DuplexerLNAD類放大器的應(yīng)用－汽車音響電源比較有限體積比較有限要求較高音質(zhì)要求立體聲Class-DAudioAmp.LNAVCOIFAMDetectorLNAVCOIFFMDemod.AMReceiverFMReceiverLaserPickupCDDriveSwitchDAC62PowerAnalogMicrosystemD類放大器的應(yīng)用－汽車音響電源比較有限Class-DLNAVD類放大器的應(yīng)用－其它傳統(tǒng)音響設(shè)備包括免提電話機(jī)、臺(tái)式機(jī)有源音箱、電視機(jī)、