摘要：D类功率放大器是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器（几百千赫兹开关频率），功率桥电路，低通滤波器。D类功率放大器有很多优点，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板（PCB）面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。D类放大器，是通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器。
关键词：D类功率放大器 PWM调制 电压开关型驱动电路 MOSFET选择 功率损耗
一、D类功率放大器的基本组成
在高保真音响电路中，功放电路通常由两个或两个以上的音频声道所组成。每个声道分为两个主要的部分，即前置放大器和功率放大器。两部分电路可分设在两个机箱内，也可组装在同一个机箱内，后者称为综合放大器。由于左、右声道完全相同，所以在双声道电路中只介绍其中一路，电路组成框图如图所示。图中左侧为前置放大器，右侧为功率放大器。
（1）前置放大器的组成。前置放大器具有双重功能：它要选择所需要的音源信号，并放大到额定电平；还要进行各种音质控制，以美化声音。这些功能由均衡放大、音源选择、输入放大和音质控制等电路来完成。
①音源选择。音源选择电路的功能是选择所需的音源信号送入后级，同时关闭其他音源通道。各种音源的输出是各不相同的，通常分为高电平与低电平两类。调谐器、录音座、CD唱机、VCD/DVD影碟机等音源的输出信号电平达50～500mV，称为高电平音源，可直接送入音源选择电路；而动圈式和动磁式电唱机的输出电平仅为0.5～5mV，称为低电平音源，须经均衡放大后才能送入音源选择电路。线路输入端又称为辅助输入端，可增加前置放大器的用途和灵活性，供连接电视信号和其他高电平音源之用。
②输入放大。输入放大器的作用是将音源信号放大到额定电平，通常是1V左右。输入放大器可设计为独立的放大器，也可在音质控制电路中完成所需要的放大。
③音质控制。音质控制的目的是使音响系统的频率特性可以控制，以达到高保真的音质；或者根据聆听者的爱好，修饰与美化声音。有时还可以插入独立的均衡器，以进一步美化声音。音质控制包括音量控制、响度控制、音调控制、左、右声道平衡控制、低频噪声和高频噪声抑制等。
（2）功率放大器的组成。虽然功率放大器的电路类型很多，但基本上都由激励级、输出级和保护电路所组成。
①激励级。激励级又可分为输入激励级和推动激励级，前者主要提供足够的电压增益，后者还需提供足够的功率增益，以便能激励功放输出级。
②输出级。输出级的作用是产生足够的不失真输出功率。为了获得满意的频率特性、谐波失真和信噪比等性能指标，可在输出级与激励级之间引入负反馈。
③保护电路。保护电路用来保护输出级功率管和扬声器，以防过载损坏。此外，一个完备的高保真功率放大器，还必须设置直流稳压电源及电平显示电路等。
二、D类功放中MOSFET的选择
在功放中要达到高性能的关键因素是功率桥电路中的开关。在开关过程中产生的功率损耗、死区时间和电压、电流瞬时毛刺等都应该尽可能的最小化来改善功放的性能。因此，在这种功放中开关要做到低的电压降，快速的开关时间和低杂散电感。由于MOSFET开关速度很快，对于这种功放它是你最好的选择。它是一个多数载流子器件，相对于IGBT和BJT它的开关时间比较快，因而在功放中有比较好的效率和线性度。而MOSFET的选择是基于功放规格而定。因而在选择器件以前要知道输出功率和负载阻抗（如100W 8Ω），功率电路拓扑（如半桥梁或全桥），调制度（如89%—90%）。D类功放的输出损耗是根据器件的参数来定的，即基于Qg（栅极电荷）、Rds（on）（静态漏源通态电阻）、Coss（MOSFET的输出电容）和tf（MOSFET下降时间），所以减少D类功放损耗应有效选择器件。
三、D类功放的组成原理
D类功放的电路组成可以分为三个部分：PWM调制器、脉冲控制的大电流开关放大器、低通滤波器。
其中第一部分为PWM调制器。最简单的只需用一只运放构成比较器即可完成。把原始音频信号加上一定直流偏置后放在运放的正输入端，另外通过自激振荡生成一个三角形波加到运放的负输入端。当正端上的电位高于负端三角波电位时，比较器输出为高电平，反之则输出低电平。若音频输入信号为零时，因其直流偏置为三角波峰值的1/2，则比较器输出的高低电平持续的时间一样，输出就是一个占空比为1：1的方波。当有音频信号输入时，正半周期间，比较器输出高电平的时间比低电平长，方波的占空比大于1：1；音频信号的负半周期间，由于还有直流偏置，所以比较器正输入端的电平还是大于零，但音频信号幅度高于三角波幅度的时间却大为减少，方波占空比小于1：1。这样，比较器输出的波形就是一个脉冲宽度被音频信号幅度调制后的波形，称为PWM（Pulse Width Modulation脉宽调制）或PDM（Pulse Duration Modulation脉冲持续时间调制）波形。音频信息被调制到脉冲波形中，脉冲波形的宽度与输入的音频信号的幅度成正比。
第二部分为脉冲控制的大电流开关放大器。它的作用是把比较器输出的PWM信号变成高电压、大电流的大功率PWM信号。能够输出的最大功率由负载、电源电压和晶体管允许流过的电流来决定。
第三部分为由LC网络构成的低通滤波器。其作用是将大功率PWM波形中的声音信息还原出来。利用一个低通滤波器，可以滤除PWM信号中的交流成份，取出PWM信号中的平均值，该平均值即为音频信号。但由于此时电流很大，RC结构的低通滤波器电阻会耗能，不能采用，必须使用LC低通滤波器。当占空比大于1：1的脉冲到来时，C的充电时间大于放电时间，输出电平上升；窄脉冲到来时，放电时间长，输出电平下降，正好与原音频信号的幅度变化相一致，所以原音频信号被恢复出来。
参考文献
[1]童建华： 《音响设备技术》（电子工业出版社）2010年1月
[2]邹天汉： 《数字功放和音箱设计与制作 》 人民邮电出版社