為便攜式電子設備設計D類(lèi)音頻放大器

　　不同含義的效率

　　D類(lèi)音頻放大器最具吸引力的特性是高效率。音頻放大器的效率有多種含義不同的效率，傳統定義是輸出電功率與總輸入功率之比。對于音頻放大器，轉換為可聽(tīng)聲音的電功率與總輸入功率之比需要最大，這引出了另一個(gè)含義的效率。請注意這兩個(gè)效率定義之間的差別：

　　A.總電氣效率=輸出功率/輸入功率;

　　B. 可聽(tīng)聲音電氣效率=可聽(tīng)聲音電氣輸出功率/輸入功率。

　　音頻電氣效率總是低于總電氣效率，D類(lèi)音頻放大器尤其如此。

　　下面是一些提高可聽(tīng)聲音電氣效率的常用方法：

　　一、不要使用低于揚聲器響應頻率范圍的信號來(lái)驅動(dòng)揚聲器。例如，大多數手機使用的小尺寸揚聲器不能有效地響應低于400Hz的信號，而音頻信號源可能輸出低至30Hz的頻率分量。用低于該頻率的信號驅動(dòng)這些揚聲器，不僅會(huì )浪費電能和降低可聽(tīng)聲音電氣效率，而且還會(huì )因為將揚聲器驅動(dòng)到線(xiàn)性位移范圍之外而增大揚聲器非線(xiàn)性產(chǎn)生的失真。由于大多數音頻信號源發(fā)出的最低信號頻率低于400Hz，因此需在音頻放大器前面放置高通濾波器?？衫幂斎腭詈想娙莺头糯笃鞯墓潭ㄝ斎胱杩购?jiǎn)單地形成高通濾波器來(lái)加以實(shí)現。該濾波器的截止頻率可設置為揚聲器低端截止頻率的幾分之一。

　　二、不要使用高于揚聲器高端截止頻率的信號來(lái)驅動(dòng)揚聲器。對于手機中使用的典型小尺寸揚聲器，這個(gè)頻率在4KHz到10KHz之間，而有些音頻信號源的信號最高頻率可高達20kHz。以高于這個(gè)頻率的信號驅動(dòng)這些揚聲器不僅會(huì )浪費電能和降低可聽(tīng)聲音電氣效率，而且也使音頻信號的波峰因數(峰值/RMS值)很高，增大了輸出信號被輸出級截斷以致增加失真的可能性。為了防止信號源的高端信號頻率高于揚聲器的高端截止頻率，可在信號源和音頻放大器輸入之間插入低通濾波器，它可以是簡(jiǎn)單的RC濾波器。將低通濾波器放在輸出級之后效果不好，由于信號的波峰因數高，信號可能在到達低通濾波器之前已被輸出級截斷。

　　三、盡量減小揚聲器中的開(kāi)關(guān)頻率電流。依賴(lài)于D類(lèi)放大器使用的調制方案，揚聲器兩端的差分電壓在開(kāi)關(guān)頻率下變化幅度很大。應選擇具有“無(wú)濾波”調制方案且開(kāi)關(guān)頻率足夠高的放大器，否則，需在放大器輸出端用外部電感濾掉開(kāi)關(guān)頻率分量。8Ω手機揚聲器的典型固有電感在10μH到15μH之間，當開(kāi)關(guān)頻率為1MHz時(shí)，15μH電感與8Ω直流電阻的總阻抗為94.6Ω。SSM2301/2302/2304/2306系列產(chǎn)品使用Σ-Δ脈沖密度調制(PDM)，開(kāi)關(guān)頻率為1.8MHz。這種調制方案在揚聲器兩端產(chǎn)生的開(kāi)關(guān)頻率電壓較低，而高開(kāi)關(guān)頻率使揚聲器能利用固有電感有效地阻斷開(kāi)關(guān)信號，因而這些器件無(wú)需使用外部電感就可把揚聲器中的開(kāi)關(guān)頻率電流保持在低水平。

　　將電磁干擾降至最低