無(wú)后級濾波器的D類(lèi)放大器的理解

傳統D類(lèi)放大器的一個(gè)主要缺點(diǎn)就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因濾波元件的非線(xiàn)性而引入額外失真。圖1給出了MAX9700免濾波器調制器拓撲的簡(jiǎn)化功能框圖。與傳統的PWM型BTL放大器不同，每個(gè)半橋都有自己專(zhuān)用的比較器，從而可獨立控制每個(gè)輸出。調制器由差分音頻信號和高頻鋸齒波驅動(dòng)。當兩個(gè)比較器輸出均為低電平時(shí)，D類(lèi)放大器的每個(gè)輸出均為高。與此同時(shí)，或非門(mén)的輸出變?yōu)楦唠娖?，但?huì )因為RON和CON組成的RC電路而產(chǎn)生一定延時(shí)。一旦或非門(mén)延時(shí)輸出超過(guò)特定門(mén)限，開(kāi)關(guān)SW1和SW2即會(huì )閉合。這將使OUT+和OUT-變?yōu)榈?，并保持到下個(gè)采樣周期的開(kāi)始。這種設計使得兩個(gè)輸出同時(shí)開(kāi)通一段最短時(shí)間(tON(MIN))，這個(gè)時(shí)間由RON和CON的值決定。如圖2所示，輸入為零時(shí)，兩個(gè)輸出同相并具有tON(MIN)的脈沖寬度。隨著(zhù)音頻輸入信號的增加或減小，其中一個(gè)比較器會(huì )在另一個(gè)之前先翻轉。這種工作特性外加最短時(shí)間導通電路的作用，將促使一個(gè)輸出改變其脈沖寬度，另一個(gè)輸出的脈沖寬度保持為tON(MIN) (圖2)。這意味著(zhù)每個(gè)輸出的平均值都包含輸出音頻信號的半波整流結果。對兩路輸出的平均值進(jìn)行差值運算，便可得到完整的輸出音頻波形。

圖1. 該簡(jiǎn)化功能框圖展示了MAX9700免濾波器D類(lèi)調制器的拓撲。

圖2. MAX9700免濾波器調制器拓撲的輸入和輸出波形。

由于MAX9700的輸出端在空閑時(shí)為同相信號，所以負載兩端沒(méi)有差分電壓，從而最大限度降低了靜態(tài)功耗，并且無(wú)需外部濾波器。Maxim的免濾波器D類(lèi)放大器從輸出中提取音頻信號時(shí)并不依靠外部LC濾波器，而是依靠揚聲器負載固有的電感以及人耳的聽(tīng)覺(jué)特性來(lái)恢復音頻信號。揚聲器電阻(RE)和電感(LE)形成一個(gè)1階低通濾波器，其截止頻率為：

對大多數揚聲器而言，這個(gè)1階滾降足以恢復音頻信號，并可防止在揚聲器電阻上耗散過(guò)多高頻開(kāi)關(guān)能量。即使依然存在殘余開(kāi)關(guān)能量使揚聲器組件產(chǎn)生運動(dòng)，這些頻率也無(wú)法被人耳聽(tīng)到或影響聽(tīng)覺(jué)感受。