D類功放的尷尬定位

1、D 類功放的尷尬定位作為一種新型的功放電路，D類功放（CLASS-D，俗稱數(shù)字功放）憑借優(yōu)秀 的指標(biāo)及性能，給功率放大器市場帶來一陣清風(fēng)，給很多音頻電路設(shè)計者帶來 一陣興奮和希望。我從05年就開始研究D類功放與其相關(guān)的產(chǎn)品，幾年下來卻 發(fā)現(xiàn)， D 類放大器部分指標(biāo)的優(yōu)秀，掩蓋不了它在市場中的定位的尷尬，其大 量普及，尚需時日。先說D類功放最大的賣點-效率。這里的效率是指電聲轉(zhuǎn)換效率，功放簡 單說就是一個把電能轉(zhuǎn)變成聲能（聲音）的工具，理論上說，最理想的功放就 是把100%的電能轉(zhuǎn)變?yōu)槁暷?，即效率?00%，但實際應(yīng)用中，A類（甲類）功 放的效率只有不到10%，而常用的AB類功放只有30-40%

2、，另外60-70%的電能 哪里去了呢？發(fā)熱了。所以，A類功放或AB類功放在應(yīng)用中，散熱是一個重要的設(shè)計內(nèi)容，這類 產(chǎn)品必須要加上或大或小的散熱器。但D類功放卻有著獨特的優(yōu)勢，其轉(zhuǎn)換效率高達80-90%，只有10-20%的電 能轉(zhuǎn)變成了熱量，由于發(fā)熱很少，基本不需要加散熱器，只要在PCB （印刷線 路板）設(shè)計中預(yù)留一點銅箔散熱就足夠了。同樣的道理，因為電能的高度“節(jié) 約”，在一些供電電流不大或者電量不充裕的使用場合，比如USB供電（電流最 大500mA）和電池供電的應(yīng)用中，D類功放是最合適不過的了。遺憾的是，以上就是D類功放所有的優(yōu)點，說完了這個優(yōu)點，就很難再找 到其他優(yōu)點了，該說一下缺點了。第

3、一點，D類功放的窄電源特性，目前使用最普遍的小功率D類功放供電 電壓多在4.5-5.5V之間，超過6V就很容易燒壞，而目前的D類功放很少有過壓 保護，電壓一高就玩完了，機器必然返修。當(dāng)然有9V以上的大功率D類功放， 這類功放又不能使用5V供電（USB電壓無法兼容，失去很多應(yīng)用機會），因此 必須要配專用電源，而且該類功放在實際使用中，由于功率較大，體積又很 小，因此發(fā)熱量也不小，一個散熱器還是必須的，這塊成本又省不下來了。第二點， D 類功放的失真敏感性。注意，我在這里使用了一個新詞“失真敏 感性”。就是專門針對D類功放的失真度的。推廣D類功放的芯片公司除了喜歡 標(biāo)榜剛才我提到的“高效率”，還喜

4、歡說D類功放失真度很低，一般不到1%。事 實上， 1%的失真度指標(biāo)是非常理想的， AB 類功放 1%的失真度是幾乎聽不出來 的，而國標(biāo)也只是要求在10%以內(nèi)就許可。但D類功放就不行了，1%的失真已 經(jīng)能聽出來有些雜音或破音，如果要達到 10%，估計來聽音的消費者已經(jīng)落荒 而逃了。所以在失真度方面，D類功放不但沒優(yōu)勢，而是大大的劣勢。第三點， D 類功放的價格。這里的價格分為兩部分，一部分是芯片本身的 價格，另外一部分是外圍部件的價格，外圍部件的價格又分為兩部分，一個是 供電的電源，一個是低通濾波器（LPF）。先說芯片價格，現(xiàn)在的D類功放的價 格已經(jīng)是大幅度下降了。以小功率D類功放（2W+2W）

5、為例，05年德州一起的 TPA2000系列價格在15元人民幣左右，而臺灣的類似產(chǎn)品在8元左右。而現(xiàn)在 的價格僅僅要3-4元。大功率的仍然要9- 10元。盡管比以前有了明顯下降。但 相比成熟的AB類功放。價格仍然偏高。比如現(xiàn)在使用量很大的2025（KA2206），電壓范圍3-12V，音質(zhì)兩好，價格只要不到0.7元，最大的缺點是 供電電壓比較高的應(yīng)用下，發(fā)熱較大，需要良好的散熱。另外就是體積偏大， 適合在空間比較充足的產(chǎn)品中應(yīng)用。D類功放的外圍部件電源和低通濾波器， 其實并不節(jié)約。盡管D類功放因為效率高，很多人以為對電源的電流要求并不 高，但事實并非如此。 D 類功放在播放大動態(tài)低頻音樂的時候，電

6、流其實也是 非常大的，如果電源電流不夠，其實一樣不能使用，而電源的電流是和價格成 正比的。低通濾波器也比較尷尬，盡管現(xiàn)在D類功放宣稱使用了無濾波器設(shè) 計，但在實際應(yīng)用中，盡管不使用濾波器對音質(zhì)的影響并無明顯影響。但無濾 波器帶來的另外一個問題就是EMI （電磁兼容）的不合格，作為一個正規(guī)的設(shè) 計，低通濾波器其實還是不能節(jié)省?？紤]以上幾個方面，D類功放的應(yīng)用成本 還是偏高。綜上所述，我們不難發(fā)現(xiàn)， D 類功放并沒有宣稱的那么好，也不可能在將 來革了普通功放的命，只有將D類功放做徹底的分析研究，了解了它的優(yōu)勢和 劣勢，揚長避短，才能把它的優(yōu)勢真正發(fā)揮出來。個人覺得，D類功放最適合 的應(yīng)用產(chǎn)品就是電

7、池供電的便攜產(chǎn)品，這類產(chǎn)品往往體積較小，不適合放體積 較大的功放和散熱器，D類功放的小體積和無需散熱器的特點就非常適合。再 加上 D 類功放非常省電，特別適合電池長時間播放。再加上便攜音響產(chǎn)品對音 質(zhì)尤其是低頻要求不高，所以D類功放最適合用在此類產(chǎn)品中。而大功率的D 類功放，除非也是多組電池供電（這類產(chǎn)品較少），如果使用外接電源，大功率的 D 類功放就無必要（除非是無散熱器設(shè)計），所以相比小功率 D 類功放， 大功率 D 類功放更加尷尬。能使用 5V 供電的小功率 D 類功放還有個普遍的應(yīng)用 就是在筆記本音箱上（使用USB供電），D類功放能把USB的500mA電流充分 應(yīng)用好。但由于其過高的失

8、真敏感性，聲音大的時候，聽感往往不如 CMOS 工 藝的 AB 類功放（如 4863、2038 等），而 CMOS 工藝的 AB 類功放也具備小體 積的優(yōu)點，和 D 類功放相比唯一的缺點就是發(fā)熱稍多。所以在筆記本音箱上， 更多的廠家愿意使用這類功放。因此， D 類功放的應(yīng)用范圍其實被壓縮的很厲 害，現(xiàn)在的處境其實是有些尷尬的，其實 D 類功放想有所突破，最需要解決的 就是把電壓范圍做寬，哪怕做到 6V 能穩(wěn)定工作，當(dāng)然涉及到半導(dǎo)體工藝，電壓 范圍做寬可能確實很難，但加上過壓保護總是可以的吧。同時把功率做大些， 加大的功率并不一定要用完，是用來做功率裕量用的我的經(jīng)驗， D 類功放必須 5W 的當(dāng)

9、 3W 甚至 2W 來用，才可能聽不到明顯的失真，或者學(xué)習(xí)德州儀器 的TPA0202低失真設(shè)計技術(shù)，才可能真正得到讓消費者接受的音質(zhì)。D類功放 也才能得到真正大量普及?？偨Y(jié) D 類功放優(yōu)缺點D 類功率放大器的優(yōu)點（ 1）能量轉(zhuǎn)換效率極高，體積小，可靠性高。耗電量僅為同功率等級模擬 放大器的三分之一。其電源實際使用效率可以高達 90%以上，節(jié)約能源，也符合環(huán)保 要求。而B類放大器效率僅為78% （理論值，實際應(yīng)該一般只有3040%）, A 類功放的效率就更低。由于 D 類功放極高的效率，半導(dǎo)體器件的溫升明顯減 小，失真率也就顯著減小。（ 2）可連接的最低負載阻抗可以很低，并且無論負載阻抗高低而電

10、源轉(zhuǎn)換 效率基本保持不變。（ 3）高、中、低頻無相對相移，聲音清晰透明，聲像定位準確。由于采用 無負反饋的 16 放大電路、數(shù)字濾波器等處理技術(shù)，可以將輸出濾波器的截止頻 率設(shè)計得較高，從而保證在 20Hz20kHz 內(nèi)得到平坦的幅頻特性和很好的相頻特 性。（4）瞬態(tài)響應(yīng)好，即“動態(tài)特性”好。由于它不需傳統(tǒng)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備，加之無模擬放大、無負反饋的牽 制，故具有更好的“動力特征。由于D類功放采用的FET管導(dǎo)通的時候，Vds的 壓降極小，故 D 類功放的輸出音頻電壓最大幅度接近于供電電壓。而線性功 放，由于靜態(tài)偏置和 Vces 的影響，輸出音頻最大電壓幅度

11、是和供電電壓還有一 定差距，在低壓系統(tǒng)中，這個現(xiàn)象更加明顯。（5）無過零失真。傳統(tǒng)功放一般都存在由于對管配對及各級調(diào)整不佳產(chǎn)生 的過零、交越失真。（6）直接接收 CD、DVD 等數(shù)字音源輸出的同軸或光纖數(shù)字音頻信號，可 以直接以數(shù)字信號的方式進行放大，體現(xiàn)了與數(shù)字音源的完美結(jié)合。（7）適合于大批量生產(chǎn)。產(chǎn)品的一致性好，生產(chǎn)中無需調(diào)試，可靠性好， 只要保證元器件正確安裝即可。（8）不需任何附加裝置可方便地實現(xiàn)遙控、群控和監(jiān)測等功能。D 類功率放大器存在的不足（1）輸出功率功率晶體管并不是純粹的開關(guān)，也不是匹配得很好，會帶來 畸變。（2）功率晶體管在接通和關(guān)閉的過程中，接地點的電位會出現(xiàn)波動，從而 增大噪音。（3）功率輸出電路是用兩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)。（4）功率輸出電路和揚聲器之間用一只輸出低通濾波器把音頻以外的成分 濾除，讓音頻信號進入揚聲器，但不可能徹底濾除脈寬調(diào)制的載波，這也是造 成失真的一個因素。造成揚聲器的失真。（5）EMI 問