D類功放設(shè)計(jì)須知（三）

　　三、數(shù)字功放與D類功放、模擬功放的區(qū)別

　　1、數(shù)字功放與D類功放的區(qū)別

　　常見(jiàn)D類功放（PWM功放）的工作原理：PWM功放只能接受模擬音頻信號(hào)，用內(nèi)部三角波發(fā)生器產(chǎn)生的三角波和它進(jìn)行比較，其結(jié)果就是一個(gè)脈寬調(diào)制信號(hào)（PWM），然后將PWM信號(hào)放大并還原成模擬音頻信號(hào)。因此，PWM功放是用脈沖寬度對(duì)模擬音頻幅度進(jìn)行模擬的，其信息的傳遞過(guò)程是模擬的、非量化的、非代碼性的。并且由于目前器件性能的限制，PWM功放不可能采用太高的采樣頻率，在性能指標(biāo)上尚達(dá)不到Hi-Fi級(jí)的水平。而數(shù)字功放采用一些寬度固定的脈沖來(lái)數(shù)字地量化、編碼模擬音頻信號(hào)，使音頻信號(hào)的還原更為真實(shí)。

　　2、數(shù)字功放和模擬功放的區(qū)別

　　數(shù)字功放由于工作方式與傳統(tǒng)模擬功放完全不同，因此克服了模擬功放固有的一些缺點(diǎn)，并且具備了一些獨(dú)有的特點(diǎn)。

　　1. 過(guò)載能力與功率儲(chǔ)備

　　數(shù)字功放電路的過(guò)載能力遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于模擬功放。模擬功放電路分為A類、B類或AB類功率放大電路，正常工作時(shí)功放管工作在線性區(qū)；當(dāng)過(guò)載后，功放管工作在飽和區(qū)，出現(xiàn)諧波失真，失真程度呈指數(shù)級(jí)增加，音質(zhì)迅速變壞。而數(shù)字功放在功率放大時(shí)一直處于飽和區(qū)和截止區(qū)，只要功放管不損壞，失真度不會(huì)迅速增加，如圖1所示。

　　圖1 全數(shù)字功放與普通功放過(guò)載失真度比較

　　由于數(shù)字功放采用開(kāi)關(guān)放大電路，效率極高，可達(dá)75%“90%（模擬功放效率僅為30%”50%），在工作時(shí)基本不發(fā)熱。因此它沒(méi)有模擬功放的靜態(tài)電流消耗，所有能量幾乎都是為音頻輸出而儲(chǔ)備，加之前后無(wú)模擬放大、無(wú)負(fù)反饋的牽制，故具有更好的“動(dòng)力”特性，瞬態(tài)響應(yīng)好，“爆棚感”極強(qiáng)。

　　2. 交越失真和失配失真

　　模擬B類功放在過(guò)零失真，這是由于晶體管在小電流時(shí)的非線性特性而引起的在輸出波形正負(fù)交叉處的失真（小信號(hào)時(shí)晶體管會(huì)工作在截止區(qū)，無(wú)電流通過(guò)，導(dǎo)致輸出嚴(yán)重失真）。而數(shù)字功放只工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，不會(huì)產(chǎn)生交越失真。

　　模擬功放存在推挽對(duì)管特性不一致而造成輸出波形上下不對(duì)稱的失配失真，因此在設(shè)計(jì)推挽放大電路時(shí)，對(duì)功放管的要求非常嚴(yán)格。而數(shù)字功放對(duì)開(kāi)關(guān)管的配對(duì)無(wú)特殊要求，基本上不需要嚴(yán)格的挑選即可使用。

　　3. 功放和揚(yáng)聲器的匹配

　　由于模擬功放中的功放管內(nèi)阻較大，所以在匹配不同阻值的揚(yáng)聲器時(shí)，模擬功放電路的工作狀態(tài)會(huì)受到負(fù)載（揚(yáng)聲器）大小的影響。而數(shù)字功放內(nèi)阻不超過(guò)0.2Ω（開(kāi)關(guān)管的內(nèi)阻加濾波器內(nèi)阻），相對(duì)于負(fù)載（揚(yáng)聲器）的阻值（4“8Ω）完全可以忽略不計(jì)，因此不存在與揚(yáng)聲器的匹配問(wèn)題。

　　4. 瞬態(tài)互調(diào)失真

　　模擬功放幾乎全部采用負(fù)反饋電路，以保證其電聲指標(biāo)，在負(fù)反饋電路中，為了抑制寄生振蕩，采用相位補(bǔ)償電路，從而會(huì)產(chǎn)生瞬態(tài)互調(diào)失真。數(shù)字功放在功率轉(zhuǎn)換上沒(méi)有采用任何模擬放大反饋電路，從而避免了瞬態(tài)互調(diào)失真。

　　5. 聲像定位

　　對(duì)模擬功放來(lái)說(shuō)，輸出信號(hào)和輸入信號(hào)之間一般都存在著相位差，而且在輸出功率不同時(shí)，相位失真亦不同。而數(shù)字功放采用數(shù)字信號(hào)放大，使輸出信號(hào)與輸入信號(hào)相位完全一致，相移為零，因此聲像定位準(zhǔn)確。

　　6. 升級(jí)換代

　　數(shù)字功放通過(guò)簡(jiǎn)單地更換開(kāi)關(guān)放大模塊即可獲得大功率。大功率開(kāi)關(guān)放大模塊成本較低，在專業(yè)領(lǐng)域發(fā)展前景廣闊。

　　7. 生產(chǎn)調(diào)試

　　模擬功放存在著各級(jí)工作點(diǎn)的調(diào)試問(wèn)題，不利于大批量生產(chǎn)。而數(shù)字功放大部分為數(shù)字電路，一般不需調(diào)試即可正常工作，特別適合于大規(guī)模生產(chǎn)。

　　3、數(shù)字功放和“數(shù)字化”功放、“數(shù)碼”功放的區(qū)別

　　所謂的“數(shù)字化”功放只是在前置級(jí)上采用數(shù)字信號(hào)處理的方式，在模擬音頻信號(hào)或數(shù)字音頻信號(hào)輸入后，采用現(xiàn)有的數(shù)字音頻處理集成電路，實(shí)現(xiàn)一些比如聲場(chǎng)處理、數(shù)字延時(shí)、混響等功能，最后再通過(guò)模擬功率放大模塊進(jìn)行音頻放大。其典型電路框圖如圖2所示。由圖2可知，其各模塊的接口都是采用模擬方式。而數(shù)字聲場(chǎng)處理模塊的大致原理框圖如圖3所示。

　　圖2 數(shù)字化功放電路的組成框圖 圖3 數(shù)字聲場(chǎng)處理模塊原理框圖

　　雖然目前各集成電路廠家都推出了數(shù)字聲場(chǎng)處理、數(shù)字卡拉OK和數(shù)字杜比解碼集成電路。但是由于目前功放大都只能接收模擬音頻信號(hào)，所以各集成電路的接口也大多是模擬的，這就需要反復(fù)地進(jìn)行模/數(shù)、數(shù)/模轉(zhuǎn)換，由此會(huì)引入量化噪聲，使音質(zhì)惡化。

　　全數(shù)字功放除了針對(duì)揚(yáng)聲器的接口以外（這是因?yàn)槟壳皳P(yáng)聲器都只能接受模擬音頻信號(hào)），音頻信號(hào)在功放內(nèi)部都是以數(shù)字信號(hào)的方式進(jìn)行處理（包括功率放大）；對(duì)于模擬音頻信號(hào)，必須轉(zhuǎn)化成數(shù)字信號(hào)后才能進(jìn)行處理。

　　在已經(jīng)具備數(shù)字音頻的時(shí)代推出數(shù)字功放，將可能對(duì)音響技術(shù)的發(fā)展產(chǎn)生重大影響。