数字功放

2020-03-10 09:57 shenhua

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  数字功放是一种具有失真小、噪音低、动态范围大等特点的放大器,在音质的透明度、解析力,背景的宁静、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。

  数字功放的基本电路是早已存在的D类放大器(国内称丁类放大器)。以前,由于价格和技术上的原因,这种放大电路只是在实验室或高价位的测试仪器中应用。这几年的技术发展使数字功放的元件集成到一两块芯片中,价格也在不断下降。理论证明,D类放大器的效率可达到100%。然而,迄今还没有找到理想的开关元件,难免会产生一部分功率损耗,如果使用的器件不良,损耗就会更大些。但是不管怎样,它的放大效率还是达到90%以上。

  此外,数字功放具有失真小、噪音低、动态范围大等特点,在音质的透明度、解析力,背景的宁静、低频的震撼力度方面是传统功放不可比拟的。

  数字功放和DC-DC开关型逆变电路类似。输入的音频模拟信号经过PWM电路调制处理后,形成占空比同输入信号成一定比例的脉冲链,经过开关电路放大后,由低通滤波器滤除高频成分,还原出已放大的输入信号波形,由扬声器放音。图2为D类放大器的典型电路,采用场效应管H-桥式连接。众所周知,从上述场效应管H-桥式电路输出的脉冲波是不便直接驱动扬声器发声的。为了重现放大的音频信号,输出波形必须恢复到原来的正弦波。前几年D类放大器的设计,大都采用低通滤波器来解决。由于音频的频带范围为20Hz~20kHz,而载波频率通常是它的5倍以上,因此,滤除载波频率的过程相当简单,就是在扬声器前面接一个截止频率约为25kHz左右的低通滤波器。而在运用到重低音功放时,由于处理的是低频,低通的截止频率可以降低到5kHz左右。滤波器可根据性能要求采用Chebyshev、Butterworth或Bessel等电路。滤波器的设计要求较高,弄得不好会引起射频干扰。为降低功耗,一般采用被动元件。

  由于功耗和体积的优势,数字功放首先在能源有限的汽车音响和要求较高的重低音有源音箱中得到应用。随着DVD家庭影院、迷你音响系统、机顶盒、个人电脑、LCD电视、平板显示器和移动电话等消费类产品日新月异的发展,尤其是SACD、DVD Audio等一些高采样频率的新音源规格的出现,以及音响系统从立体声到多声道环绕系统的进化,都加速了数字功放的发展。近年来,数字功放的价格呈不断下降的趋势,有关这方面的专利也层出不穷。

  在数字功率领域,现在有针对HIFI发烧友而出现了一种新的名词“纯数字功放, 它直接传输数字信号,然后PCM数字信号升频并重整时钟后再经过PCM-PWM转换,直接PWM对数字信号进行放大,PWM功率输出再经过LC组成的LPF电路构成1BIT DAC后直接推动喇叭,带来的好处时数字信号在传输过程中不会带来相位廷迟、相位失真、交越失真等,听感的好处就是声音会更通透、定位更准、声音更接近真实。