數(shù)字處理技術(shù)把功率放大器推上新高

    音響中用的功率放大器，常用的是A類或者AB類功放，近年來，利用脈寬調(diào)制原理設(shè)計(jì)的D類功放也進(jìn)入音響領(lǐng)域。D類功放中的功率晶體管工作在開關(guān)狀態(tài)，又稱作數(shù)字功放。A類功放的保真度好，但效率甚低，不到10 %，用於高檔的專業(yè)音響；AB類功放的保真度略為遜色，但效率可以達(dá)到20 %至40 %，主要用於汽車、家庭音響以及電腦上；D類功放的效率高達(dá)80 %至90 %以上，使用時(shí)不需要散熱器，或者只需要一只很小的散熱器，但是它的保真度和A類及AB類功放相比則大為遜色。理想的功放是保真度高，同時(shí)效率也高。Tripath Technology公司提供一種保真度好、效率高的音頻功率放大器，其中的功率晶體管也是工作在關(guān)關(guān)狀態(tài)，即D類，為了區(qū)別於用脈寬調(diào)制原理設(shè)計(jì)的D類功率放大器，Tripath把這種音頻功率放大器稱作T類功率放大器。

    用脈調(diào)寬制技術(shù)的D類功率放大器之所以音質(zhì)差，原因在於：輸出功率晶體管并不是純粹的開關(guān)，也不是匹配得很好，會(huì)帶來畸變；晶體管在接通和關(guān)閉的過程中，接地點(diǎn)的電位會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而增大噪音；功率輸出電路是用兩只（或者四只）功率晶體管接成的橋路，一只功率晶體管導(dǎo)通，另外一只關(guān)閉，這之間存在死區(qū)；功率輸出電路和揚(yáng)聲器之間用一只輸出低通濾波器把音頻以外的成份濾除，讓音頻信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器，但不可能徹底濾除脈寬調(diào)制的載波，這也是造成失真的一個(gè)因素。
   
    T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類功放相同，功率晶體管也是工作在開關(guān)狀態(tài)，效率和D類功放相當(dāng)。它和D類功放不同的是，它不是使用脈沖調(diào)寬的方法。Tripath公司發(fā)明了一種稱作"Digital Power Processing (tm) (DPP(tm))"的數(shù)字功率處理技術(shù)，它是T類功放的核心。它把通信技術(shù)中處理小信號(hào)的適應(yīng)算法及預(yù)測算法用到這里。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流經(jīng)過DPP(tm)數(shù)字處理後用於控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉，因而不存在脈寬調(diào)制D類功放的那些缺陷。音頻功率放大器的失真用兩個(gè)指標(biāo)衡量：一個(gè)是THD+N（總諧波失真加噪音）指標(biāo)，另一個(gè)是IMD（互調(diào)制失真）指標(biāo)。如果在20 Hz至20 kHz頻帶上的THD+N指標(biāo)低於0.2 %，IMD指標(biāo)低於0.4%，就算是低畸變的了。黃燕彬介紹說，TA1101是輸出10瓦的雙聲道T類功率放大器，它在音頻頻帶上的THD+N為0.02 %，IMD指標(biāo)為0.04 %，效率高於80 %。此外，T類功放的動(dòng)態(tài)范圍更寬，響率響應(yīng)平坦，群延遲小。DDP(tm)的出現(xiàn)，把數(shù)字時(shí)代的功率放大器推到一個(gè)新的高度。
  
    在T類功率放大器中，功率晶體管的切換頻率不是固定的（D類功率放大器中調(diào)寬脈沖的頻率是固定的），無用分量的功率譜不是像D類功率放大器那樣是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上，例如從1.5 MHz至2.5 MHz的頻帶上，它的波形和擴(kuò)譜技術(shù)的波形相似，因此，功率密度并不高，從而降低了對輸出低通濾波器的要求，同時(shí)它產(chǎn)生的EMI也不像D類功率放大器那麼嚴(yán)重。雖說D類功放和T類功放所處理的是音頻信號(hào)，但會(huì)產(chǎn)生EMI，這是因?yàn)檫@兩種功放中的功率晶體管的切換頻率比音頻信號(hào)的最高頻率高很多。在A類或者AB音頻功放則不存在這種問題。所以，使用D類功放和T類功放的設(shè)計(jì)師需要有一點(diǎn)RF設(shè)計(jì)的知識(shí)，并針對EMI下點(diǎn)功夫，例如，合理布置輸出低通濾波器的元件，使自已設(shè)計(jì)的產(chǎn)品符合電磁兼容性的要求。