数字功放、D类功放的设计,LC滤波器的设计,写得很太好了
D类功放:D类音频功率放大器,也称数字功放。
人耳能听到音频频率范围约为20 Hz~20 kHz
功放既不是单纯追求输出高电压,也不是单纯追求输出大电流,而是追求在电源电压确定的情况下,输出可能大的功率。
功率放大电路分类:
电路中晶体管的工作状态(按一个周期导通的角度大小划分)
甲类(class-a):360度
乙类(class-b):180度
甲乙类(class-ab):>180度
丙类(class-c):<180度
丁类(class-d):开关状态
放大元件处于开关工作状态的一种放大模式,放大元件要么处于截止状态,要么导通状态,晶体管相当于一个理想开关而不消耗能量。在理想情况下,效率为100%
特点:
优点:高效;散热相对其他较小;体积小,适合大功率放大器
缺点:信号失真较为严重
信号调制电路:模拟信号装换为脉宽与信号幅度成正比的方波(PWM)
开关放大电路:
将输入方波进行功率放大
低通滤波电路:
滤出高次谐波,将放大后的信号从PWM波形中还原加到负载上。
注意:该部分为低损耗的LC低通滤波器,不能采用RC低通滤波器,电流大电阻耗能严重。
现在,一般应用的D类功放已经集成为IC,用户只需按要求设计低通滤波器即可。
Layout:
D 类功放IC的功耗一般较大,发热大:
故底焊盘上面应该加过孔,有助于散热,同时作大面积开窗,增强散热效果。
由于属于audio方面的IC:
故供电还是尽量选择低噪声的LDO,电容的选择跟放置要注意。
功放或者大功率器件供电,请选择DC-DC,开关频率选MHz级别的,请可能减少纹波带来的必要的影响。
D类功放的输出是快速变化的矩形波,具有高电压,大电流的特点:
故输出到喇叭的线应该尽量粗,可包地;并尽量远离高速信号跟敏感器件。
注意:以上三点的蓝色部分做了超链接的处理,可以点击了解更多的知识。
关于LC滤波器的设计,可以根据下表公式自动计算,需要的请留言。
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科技发展真是迅猛,如今可以轻松组装一台顶级D类功放了
在我的《轻松秒杀,甲类功放,纯甲类功放,乙类功放的秘密》一文中,由于对D类数字功放的介绍比较极端,引起了众多D类功放爱好者的争议。
于是,小编今天就说说几块很有名的D类功放板,使我们能够轻松组装一台顶级的D类功放。
一、D类放大器原理
其实说D类功放就是数字功放,有点牵强!不过都这么叫,就姑且这么叫吧!不过由于现代科技的发展,很多D类放大模块具备计算机接口,支持从计算机直接调整硬件参数,叫数字功放也没错!
D类功放的原理
D类功放的原理很简单,就是将模拟音频信号变换成PWM脉冲信号,然后再用PWM脉冲信号去控制大功率开关器件通断,最终、放大后的PWM信号再通过低通滤波器去掉载频,恢复出原始基带音频信号,滤波出来放大的模拟信号去驱动扬声器的一种音频功率放大器。
D类功放的取样对比
是不是很像大家常见的DC-AC开关型逆变器?其实,D类功放就是个开关功率放大器。早在1958年D类功放就被发明出来了,但是由于当时元器件的限制,尤其是高频大功率管技术不过关,价格相当昂贵。所以,直到70年代后期,D类功放才被Bose公司用到汽车中去。
D类放大芯片
而随着21世纪芯片技术的迅猛发展,大电流MOSFET功率管的成熟,D类放大器各种集成方案应运而生,由于效率高、体积小、价格低、适合芯片化大批量生产,所以深受各界人士欢迎。
二、D类放大器发展
最初的D类放大器不但失真大,而且动态范围窄。所以,当前D类放大器通过通过高性能的采样率转换器(SRC)和Δ-Σ处理等到技术,使总谐波失真和噪声(THD+N)得到了更大的改善,而且动态范围也超过了100dB。
于是,这些新型的技术现在都被运用在了D类放大器之中。
1、免滤波器输出
PWM调制
最初的前几代D类放大器,由于驱动传输管的PWM信号是差分信号,所以在输出端需要接一个LC两阶滤波电路实现滤波,一般只能实现0.03%的THD + N-70dB,而稍微好点的A+B类功放就能实现0.005%(-86dB)。并且随着D类功放输出功率的上升,总谐波失真和噪声会越来愈大。
这种外部LC滤波器不仅增加了总成本和电路板空间,还可能因滤波元件的非线性而引入额外失真,加上PWM信号自身的开关特性,会产生固定比率的高频(10~100MHz)辐射EMI,这些都是传统D类功放的主要缺点,甚至最初的D类放大器都无法通过FCC和CISPR认证。
提高开关频率是减小D类放大器失真的有效办法,但随着开关频率的提高,开关损耗又大大增加,效率严重下降,在很大程度上又限制了工作频率的进一步提高,这是个死结。
于是,在新一代的D类放大器中,PWM调制方式发生了改变,人们将输入信号转换成相位相反的差分信号,再分别通过调制器对其进行调制,最后经过半桥或者桥式输出驱动扬声器。
由于PWM调制的输出波形相比较以前的波形,差分输出信号翻转落差只有一个VDD,脉宽比较小。这样的信号在载波及其谐波频率处携带的能量较少,利用扬声器自身的低通特性,便能够达到比较理想的滤波效果,从而实现了免滤波器输出的可能。
2、SRC技术
早期的D类放大器,由于存在音频采样时钟的抖动,所以改进型的D类放大器使用了SRC(本地时钟源)同步数字音频的时钟,这样,无论输入音频的采样率如何波动,其输出开关比率都是固定的,有效减少了音频的失真。
当然,这里说这么多其实没有意义,因为顶级的D类放大技术都掌握在少数几家公司手里,大家没有能力、也没必要去DIY这些功放板!因为这可不是简单的模拟电路的堆叠,还有数字电路、芯片技术,以及计算机技术的介入。
大家只需参考下面的这些公司,然后直接购买电路板,然后自己组装就行了。
三、顶级的D类功放板
1、丹麦PASCAL AUDIO公 司: 这是世界上唯一没有 HF 阻尼D 级放大技术的拥有者,它的全功率带宽可以一直连续到20 khz,其采用了自己专利技术,UMAC,及基于SMPS 类型 UEC 电源PFC技术,它的 UEC专利电源技术,不仅适合全世界所有电压,而且全功率带宽一直低于1 Hz。
S-PRO2D
THD=N测试表
PASCAL生产了著名的 S-PRO2D类放大器模块、更强大的 M-PRO2 和新的 L-PRO2S模块。许多高端音响制造商都使用Pascal模块为放大器供电,如杰夫罗兰,加藤音频等。
例如2x490W (4欧) S-PRO2D类放大器模块,BTL 功率输出可达到 1050W (4欧),且THD=N(总谐波失真加噪声)低于 0.003%。
2、丹麦Purifi(普里菲) Audio公司: Purifi对非线性控制理论的持续研究,最终产生了第一个数学上精确的大信号模型,即自振荡放大器控制器。这一突破使D类放大器的反馈电路完全优化,而全新的"Eigentakt"自时钟放大技术的采用,对比现有技术水平至少提高一个数量级。
NCX2 +1ET400A
总谐波失真加噪声测试表
其顶级的400W单声道功放板1ET400A,可以做到THD+N:<0.00017%(+116dB)100W,4Ω,20-20kHz的指标,这几乎是一个梦幻的D类功放板,它被NAD 的大师系列 M33功放所采用。大家去看看NAD M33的价格就知道这块1ET400A有多好了!
不过它的价格不便宜,一块1ET400A功放板价格在2,500美元左右;而完整一套EVAL1 电路板需要5,968美元,它有两个 1ET400A 放大器模块和一个前端缓冲板组成。
3、丹麦ice power公司 :它的D类功放模块指标非常高,被使用在例如Bowers & Wilkins(鲍尔斯 - 威尔金斯), Pioneer, Sony, Alpine(阿尔卑斯), Jeff Rowland(杰夫罗兰) Rotel(罗特尔), RCF 等等HiFi设备中,以及在奥迪,梅赛德斯奔驰,阿斯顿马丁、宝马汽车上,你都能看到ice power的功放模块。
300AS1
300AS1 THD + N测试表
ice power的DIY功放板比较多,300AS1、300A2、400A2、1200AS2。其中300AS1放大模块,THD + N低于0.006 %,可输出功率为300W (4Ω),很多HIFI功放中都采用了这块板。
采用2片300AS1的功放
4、荷兰Hypex (海普克斯)电子公司: Hypex最有名的是D类放大模块。它拥有世界领先的 NCore 及 UcD 技术,生产出高性能的 D 级放大器板。例如Hypex NCore 500系列等等,许多高端放大器都是基于Hypex模块。 如NAD、贝尔坎托、杰夫罗兰放大器等等。
NC500DIY功放板
NC500DIY功放板大小
NC500 THD+N测试表
它的DIY功放板,例如它的NC500DIY功放板,受到DIY界的追捧。在700W(4Ω)下,它的所有负载下,THD+N均低于0.005%。
5、ETAL旗下Anaview ,其著名的AMS 0100-2300和AMS 1000-2600D类放大器,采用了自己的专利AMS(自适应调制伺服)放大器技术,
AMS 1000-2600D
AMS 1000-2600D
AMS 1000-2600D电路板
6、Powersoft: 这是一家1995 年成立的总部位于意大利佛罗伦萨(Scandicci)的公司,Powerssoft 被公认为D类放大领域的世界领导者,也是世界上第一家引入 PULSE 宽度调制 (PWM) 的公司,同时又是电源因子校正 (PFC)、智能导轨管理 (SRM) 以及EMF开创者。
Powersoft D-CELL 504
DIGIMOD 3004PFC2
DIGIMOD 3000PFC
其出品三种D类放大板,2x350W的D-CELL 504,(4欧)的 2X600W (4欧)的LITEMOD LV/HV,以及4x700W(4欧)的LITEMOD 4HC。
LITEMOD 4HC
LITEMOD 4HC
LITEMOD 4HC线路
经典的D类放大模块如D-CELL 504、指标非常惊人,其从0.1W到输出功率2 x 350W(4欧)时,THD+N均小于0.005%,而D-Cell 504 每个单元尺寸仅为 100x78x45mm。
大家在买到这些整套模块后,自己再DIY一个机壳就可以轻松组装了,
功放调试软件
当然数字功放的优点不仅仅在这里,接上你的电脑,安装软件,开始折腾你的功放吧!
科技,让音响的DIY变得越来越简单,越来越实用!
您说,是不是这个道理?
如果您对我写的上述文章有兴趣,或者有疑问,欢迎关注及留言!
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