【经验分享】数字功放电路设计
在很多个人计算机或小家电音响数字功放设计中，电源部分由市电经整流、滤波和稳压电路等处理后供给，电路复杂，而且体积大而重。本方案音响功放采用了SWITCH-MODE POWER SUPPLY，使得供电变的简单灵活更实用，且低成本，低功耗，体积小，效率高，设计灵活使用方便的数字功率放大技术。
1、方案设计
图1是功放电路原理图，功能模块上主要有：供电部分，信号输入部分、信号处理功率放大部分、输出部分最后由扬声器或喇叭输出的解决方案。为实现上述目的，本方案提出用9v或1 2 V直流稳压电源即通用的S W I T C H-MODE POWER SUPPLY供电。输入端是直接从数码信号源如PC音频输出端、CD唱机、DVD影碟机、DVD Audio以及LCD或DTV数码电视等输入的数码音频信号，而不是经过ADC模数转换或DAC数模转换处理的音乐模拟信号。所述功率放大电路主要由，供电电路、信号输入、功放IC处理以及信号输出组成。
输出部分由扬声器或喇叭组成。本方案所要达到的效果是：通过电路分析信号输入与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰，由于采用无负反馈的放大电路、低通滤波器等处理，可以将输出滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz-20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相频特性，使得整个频段内无相对相移，声场定位准确。另外，由于它不需传统音响功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特征，即"动态特性"好。除此之外，如附图2所示：LC滤波器的差分实现，它们为滤波器提供相反极性的脉冲，其中滤波器包含两个电感器、两个电容器和扬声器。
2、具体实施方式及应用
如附图1所示：本方案的音响功放的信号流向如下所述：右声道信号（SP_IN_R）由R5，C2的RC串联电路送入功放IC的RINP脚，经IC处理一路由BSRP脚输出给由C13，L2，C17组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_R+；另一路由BSRN脚输出给由C16，L3，C18组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_R-;右声道地信号由RINN脚进入。左声道信号（SP_IN_L）由R6，C4的RC串联电路送入功放IC的LINP脚，经IC处理一路由BSLP脚输出给由C6，L6，C10组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_-；另一路由BSLN脚输出给由C9，L7，C11组成的LC低通滤波电路，最后输出给终端SP_OUT_L+;右声道地信号由RINN脚进入。图2是功放的低通滤波器电路图。
在输出级和扬声器之间插入一个低通滤波器以将电磁干扰（EMI）减至最小，并且避免以太多的高频能量驱动扬声器。为了保持开关输出级的功耗优点，要求该滤波器（见图1）是无损的（或接近于无损）。低通滤波器通常采用电容器和电感器，只有扬声器是耗能元件。
3、结语
本方案音响功放创新的采用了SWITCH-MODE POWER SUPPLY，使得供电变的简单灵活更实用。更为重要的是成功实现了用一块芯片就实现了将数字信号源与数字处理直接结合起来提供端到端数字音频系统。简化了电路设计，容易实现。
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按功放中功放管的导电方式不同，可以分为甲类功放（又称A类）、乙类功放（又称B类）、甲乙类功放（又称AB类）和丁类功放（又称D类）。
甲类功放是指在信号的整个周期内（正弦波的正负两个半周），放大器的任何功率输出元件都不会出现电流截止（即停止输出）的一类放大器。甲类放大器工作时会产生高热，效率很低，但固有的优点是不存在交越失真。单端放大器都是甲类工作方式，推挽放大器可以是甲类，也可以是乙类或甲乙类。乙类功放是指正弦信号的正负两个半周分别由推挽输出级的两“臂”轮流放大输出的一类放大器，每一“臂”的导电时间为信号的半个周期。乙类放大器的优点是效率高，缺点是会产生交越失真。甲乙类功放界于甲类和乙类之间，推挽放大的每一个“臂”导通时间大于信号的半个周期而小于一个周期。甲乙类放大有效解决了乙类放大器的交越失真问题，效率又比甲类放大器高，因此获得了极为广泛的应用。丁类功放也称数字式放大器，利用极高频率的转换开关电路来放大音频信号，具有效率高，体积小的优点。许多功率高达1000W的丁类放大器，体积只不过像VHS录像带那么大。这类放大器不适宜于用作宽频带的放大器，但在有源超低音音箱中有较多的应用。按功放输出级放大元件的数量，可以分为单端放大器和推挽放大器。
单端放大器的输出级由一只放大元件（或多只元件但并联成一组）完成对信号正负两个半周的放大。单端放大机器只能采取甲类工作状态。推挽放大器的输出级有两个“臂”（两组放大元件），一个“臂”的电流增加时，另一个“臂”的电流则减小，二者的状态轮流转换。对负载而言，好像是一个“臂”在推，一个“臂”在拉，共同完成电流输出任务。尽管甲类放大器可以采用推挽式放大，但更常见的是用推挽放大构成乙类或甲乙类放大器。按功放中功放管的类型不同，可以分为胆机和石机。
胆机是使用电子管的功放。石机是使用晶体管的功放。按功能不同，可以前置放大器（又称前级）、功率放大器（又称后级）与合并式放大器。
功率放大器简称功放，用于增强信号功率以驱动音箱发声的一种电子装置。不带信号源选择、音量控制等附属功能的功率放大器称为后级。前置放大器是功放之前的预放大和控制部分，用于增强信号的电压幅度，提供输入信号选择，音调调整和音量控制等功能。前置放大器也称为前级。将前置放大和功率放大两部分安装在同一个机箱内的放大器称为合并式放大器，我们家中常见的功放机一般都是合并式的。按用途不同，可以分为AV功放，Hi-Fi功放。AV功放是专门为家庭影院用途而设计的放大器，一般都具备4个以上的声道数以及环绕声解码功能，且带有一个显示屏。该类功放以真实营造影片环境声效让观众体验影院效果为主要目的。Hi-Fi功放是为高保真地重现音乐的本来面目而设计的放大器，一般为两声道设计，且没有显示屏。按照使用元器件的不同，功放又有“胆机”[电子管功放]，“石机”[晶体管功放]，“IC功放”[集成电路功放]。近年来由于新技术，新概念在胆机中的使用，使得电子管这个古老的真空器件又大放异彩，它的优美的声音，令许多烧友拜倒。资深的发烧友几乎都有一台。“IC功放”由于他的音色比不上上两种功放所以在HI-FI功放中很少看到他的影子。
功放大体上可分为三大类“专业功放”“民用功放”“特殊功放”。
专业功放”一般用于会议，演出，厅，堂，场，馆的扩音。设计上以输出功率大，保护电路完善，良好的散热为主。大多数“专业功放”的音色用于HI-FI重放时，声音干硬不耐听。
“民用功放”详细分类又有“HI-FI功放”“AV功放”“KALAOK功放”以及把各种常用功能集于一体的所谓“综合功放”。
“HI-FI功放”就是我们发烧友的功放了，它的输出功率一般大都在2X150瓦以下。设计上以“音色优美，高度保真”为宗旨。各种高新技术集中体现在这种功放上。价格也从千余元到几十万元不等。“HI-FI功放”又分“分体式”[把前级放大器独立出来]，和“合并式”[把前级和后机做成一体]。一般的讲，在同档次的机型中“分体式”在信噪比，声道分割度等指标上高于“合并机”[不是绝对的]。且易于通过信号线较音。合并式机则有使用方便，相对造价低的优点，平价合并机输出功率一般大都设计在2X100W以下，也有不少厂家生产2X100W以上的高档合并机。
“AV”功放是近年脱缰而出的一匹黑马，随着大屏幕电视，多种图象载体的普及，人们对“坐在家里看电影”的需求日益高涨，于是集各种影音功能于一体的多功能功放应运而生。“AV”是英文AODIOVIDIO即音频，视频的打头字母缩写。“AV功放”从诞生到现在，经历了杜比环绕，杜比定向逻辑，AC-3，DTS的进程，AV功放的与普通功放的区别，在于AV功放有AV选择杜比定向逻辑解码器，AC-3，DTS解码器，和五声道功率放大器。以及画龙点睛的数字声场[DSP]电路，为各种节目播放提供不同的声场效果。但是由于AV功放在电路的信号流通环节上，经过了太多而且复杂的处理电路，使声音的纯净度”受到了过多的“染色”，所以用AV功放兼容HI-FI重放时效果不理想。这也是很多HI-FI发烧友对AV功放不肖一顾的原因。
“KALAOK功放”也是近年发展起来的一种功放。它与一般功放的区别在于“KALAOK功放”有混响器从过去的BBD模拟混响发展到现在的DIGETAL数字混响]，变调器，话筒放大器。近年来一些厂家为了市场的需求，把包括AV功放，KALAOK功放在内的各种功能组合成一体即所谓“综合功放”，这是一种大杂烩功放，什么都有，什么也做不好，是一种面向农村的抵挡功放。
“特殊功放”顾名思义就是使用在特殊场合的功放，例如警报器，车用低压功放等等，在此不再介绍。
功放的主要性能指标有输出功率，频率响应，失真度，信噪比，输出阻抗，阻尼系数等。
输出功率：单位为W，由于各厂家的测量方法不一样，所以出现了一些名目不同的叫法。例如额定输出功率，最大输出功率，音乐输出功率，峰值音乐输出功率。音乐功率：是指输出失真度不超过规定值的条件下，功放对音乐信号的瞬间最大输出功率。峰值功率：是指在不失真条件下，将功放音量调至最大时，功放所能输出的最大音乐功率。额定输出功率：当谐波失真度为10%时的平均输出功率。也称做最大有用功率。通常来说，峰值功率大于音乐功率，音乐功率大于额定功率，一般的讲峰值功率是额定功率的5--8倍。频率响应：表示功放的频率范围，和频率范围内的不均匀度。频响曲线的平直与否一般用分贝[db]表示。家用HI-FI功放的频响一般为20Hz--20KHZ正负1db.这个范围越宽越好。一些极品功放的频响已经做到0--100KHZ。失真度：理想的功放应该是把输入的讯号放大后，毫无改变的忠实还原出来。但是由于各种原因经功放放大后的信号与输入信号相比较，往往产生了不同程度的畸变，这个畸变就是失真。用百分比表示，其数值越小越好。HI-FI功放的总失真在0。03%--0。05%之间。功放的失真有谐波失真，互调失真，交叉失真，削波失真，瞬态失真，瞬态互调失真等。信噪比：是指信号电平与功放输出的各种噪声电平之比，用db表示，这个数值越大越好。一般家用HI-FI功放的信噪比在60db以上。输出阻抗：对扬声器所呈现的等效内阻，称做输出阻抗。一台功放的性能指标完好不一定证明有好的音色，这是初烧友必须认识到的。这也是众多发烧友苦苦探索追求的。
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