在過去的幾十年里，音頻內(nèi)容已經(jīng)取得了長(zhǎng)足的進(jìn)步，從經(jīng)典的電子管放大器到現(xiàn)代媒體播放器，技術(shù)進(jìn)步改變了數(shù)字媒體的消費(fèi)方式。在所有這些創(chuàng)新中，便攜式媒體播放器以其充滿活力的音質(zhì)和超長(zhǎng)的電池壽命成為消費(fèi)者的首選之一。那么它是如何工作的，以及它聽起來如何那么好。作為一個(gè)電子愛好者，這個(gè)問題總是浮現(xiàn)在我的腦海中。盡管揚(yáng)聲器技術(shù)取得了進(jìn)步，但放大器方法的改進(jìn)發(fā)揮了重要作用，這個(gè)問題的明顯答案是D 類放大器。所以在這個(gè)項(xiàng)目中，我們將借此機(jī)會(huì)討論 D 類放大器并了解它的優(yōu)缺點(diǎn)。最后，我們將構(gòu)建放大器的硬件原型并測(cè)試其性能。聽起來很有趣吧！所以讓我們開始吧。

如果您對(duì)音頻放大器電路感興趣，您可以查看我們關(guān)于我們使用運(yùn)算放大器、MOSFET 和 IC（如TDA2030、TDA2040和TDA2050 ）構(gòu)建電路的主題的文章。

D類放大器的基礎(chǔ)知識(shí)

什么是 D 類音頻放大器？最簡(jiǎn)單的答案是，它是一個(gè)開關(guān)放大器。但是為了了解它的工作原理，我們需要了解它的功能以及開關(guān)信號(hào)是如何產(chǎn)生的，為此，您可以按照下面給出的框圖進(jìn)行操作。

那么為什么要使用開關(guān)放大器呢？這個(gè)問題的明顯答案是效率。與 A 類、B 類和 AB 類放大器相比，D 類音頻放大器的效率可高達(dá) 90-95%。AB 類放大器的最大效率為 60-65%，因?yàn)樗鼈児ぷ髟谟性磪^(qū)并表現(xiàn)出低功率損耗，如果將集電極 - 發(fā)射極電壓乘以電流，您就會(huì)發(fā)現(xiàn)這一點(diǎn)。要了解有關(guān)該主題的更多信息，請(qǐng)查看我們關(guān)于功率放大器類別的文章， 其中我們討論了所有相關(guān)的損耗因素。

現(xiàn)在，回到我們的D 類音頻放大器的簡(jiǎn)化框圖，正如您在同相端看到的，我們有音頻輸入，在反相端，我們有高頻三角信號(hào)。此時(shí)，當(dāng)輸入音頻信號(hào)的電壓大于三角波的電壓時(shí)，比較器的輸出變?yōu)楦唠娖剑?dāng)信號(hào)為低電平時(shí)，輸出為低電平。有了這個(gè)設(shè)置，我們只是用高頻載波信號(hào)調(diào)制輸入音頻信號(hào)，然后連接到 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng) IC，顧名思義，驅(qū)動(dòng)器用于驅(qū)動(dòng)兩個(gè) MOSFET 的柵極側(cè)和低側(cè)一次。在輸出端，我們?cè)谳敵龆说玫揭粋€(gè)強(qiáng)大的高頻方波，我們通過一個(gè)低通濾波器階段來獲得我們最終的音頻信號(hào)。

構(gòu)建 D 類音頻放大器電路所需的組件

現(xiàn)在，我們已經(jīng)了解了 D 類音頻放大器的基礎(chǔ)知識(shí)，我們可以開始尋找組件來構(gòu)建DIY D 類放大器。由于這是一個(gè)簡(jiǎn)單的測(cè)試項(xiàng)目，因此組件要求非常通用，您可以從當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业狡渲械拇蟛糠帧Ｏ旅娼o出了帶有圖片的組件列表。

構(gòu)建 D 類功率放大器的零件清單：

IR2110 集成電路 - 1

Lm358 運(yùn)算放大器 - 1

NE555 定時(shí)器IC - 1

LM7812 集成電路 - 1

LM7805 集成電路 - 1

102 pF 電容器 - 1

103 pF 電容器 - 1

104 pF 電容器 - 2

105 pF 電容器 - 1

224 pF 電容器 - 1

22uF 電容 - 1

470uF 電容 - 1

220uF 電容 - 1

100uF 電容 - 2

2.2K電阻 - 1

10K 電阻 - 2

10R 電阻 - 2

3.5 毫米音頻插孔 - 1

5.08 毫米螺絲端子 - 2

UF4007 二極管 - 3

IRF640 MOSFET - 2

10K 裝飾鍋 - 1

26uH電感 - 1

3.5 毫米耳機(jī)插孔 - 1

D類音頻放大器-示意圖

我們的 D 類放大器電路原理圖 如下所示：

在 PerfBoard 上構(gòu)建電路

從主圖中可以看出，我們?cè)谝粔K穿孔板上制作了電路。因?yàn)椋紫入娐贩浅：?jiǎn)單，其次如果出現(xiàn)問題，我們可以快速輕松地對(duì)其進(jìn)行修改。我們?cè)阢~線的幫助下完成了大部分連接，但在某些最后階段，我們不得不使用一些連接線來完成構(gòu)建。完成的穿孔板電路如下所示。

D類音頻放大器的工作

在本節(jié)中，我們將遍歷電路的每個(gè)主要模塊并解釋每個(gè)模塊。這款基于運(yùn)算放大器的 D 類音頻放大器由非常通用的組件組成，您可以在當(dāng)?shù)氐膼酆蒙痰曛姓业剿鼈儭?/p>

輸入電壓調(diào)節(jié)器：

我們首先使用 5V 穩(wěn)壓器 LM7805 和 12 伏穩(wěn)壓器 LM7812 調(diào)節(jié)輸入電壓。這很重要，因?yàn)槲覀円?13.5V 直流適配器為電路供電，而為 NE555 和 IR2110 IC 供電，需要 5V 和 12V 電源。

帶有 555 非穩(wěn)態(tài)多諧振蕩器的三角波發(fā)生器：

從上圖可以看出，我們使用了一個(gè)帶有 2.2K 電阻的 555 定時(shí)器來產(chǎn)生一個(gè) 260KHz 的三角信號(hào)，如果您想了解更多關(guān)于 Astable Multivibrator 的信息，您可以查看我們之前關(guān)于555 Timer Based Astable Multivibrator的帖子電路，我們已經(jīng)描述了所有必要的計(jì)算。

調(diào)制電路：

從上圖中可以看出，我們使用了一個(gè)簡(jiǎn)單的 LM358 運(yùn)算放大器來調(diào)制輸入音頻信號(hào)。說到輸入的音頻信號(hào)，我們使用了兩個(gè) 10K 輸入電阻來獲取音頻信號(hào)，并且由于我們使用的是單電源，因此我們連接了一個(gè)電位器來抵消輸入音頻中存在的零信號(hào)。當(dāng)輸入音頻信號(hào)的值大于輸入三角波時(shí)，該比較器的輸出將為高電平，在輸出端，我們將獲得調(diào)制方波，然后將其饋送到 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC。

IR2110 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC：

由于我們正在處理一些中等高頻，我們使用了 MOSFET 柵極驅(qū)動(dòng)器 IC 來正確驅(qū)動(dòng) MOSFET。所有必要的電路都按照IR2110 IC 數(shù)據(jù)表的建議放置。為了正常工作，該 IC 需要輸入信號(hào)的反相信號(hào)，這就是為什么我們使用BF200高頻晶體管來產(chǎn)生輸入信號(hào)的反相方波。

MOSFET 輸出級(jí)：

從上圖中可以看出，我們有 MOSFET 輸出級(jí)，它也是主要的輸出驅(qū)動(dòng)器，因?yàn)槲覀冋谔幚砀哳l和電感，所以總是涉及瞬態(tài)，這就是為什么我們使用一些 UF4007 作為反激防止 MOSFET 損壞的二極管。

LC 低通濾波器：

MOSFET驅(qū)動(dòng)級(jí)的輸出是高頻方波，這種信號(hào)絕對(duì)不適合驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器等負(fù)載。為了防止它，我們使用了一個(gè) 26uH 電感和一個(gè) 1uF 無極性電容來制作一個(gè)低通濾波器，記為 C11。這就是簡(jiǎn)單的電路功能。

測(cè)試 D 類放大器電路

從上圖中可以看出，我使用了一個(gè) 12V 電源適配器為電路供電。由于我使用的是價(jià)格實(shí)惠的中國(guó)產(chǎn)品，它發(fā)出的電壓比 12V 略高，準(zhǔn)確地說是 13.5V，非常適合我們的板載 LM7812 穩(wěn)壓器。作為負(fù)載，我使用的是 4 歐姆、5 瓦的揚(yáng)聲器。對(duì)于音頻輸入，我使用的是帶有 3.5 毫米長(zhǎng)音頻插孔的筆記本電腦。

當(dāng)電路通電時(shí)，不會(huì)像其他類型的放大器那樣發(fā)出明顯的嗡嗡聲，但是正如您在視頻中看到的那樣，該電路并不完美，并且在較高的輸入電平下會(huì)出現(xiàn)削波問題，所以這個(gè)電路有很大的改進(jìn)空間。當(dāng)我驅(qū)動(dòng)中等低負(fù)載時(shí)，MOSFET 根本沒有變熱，因此對(duì)于這些測(cè)試，它不需要任何散熱器。

進(jìn)一步增強(qiáng)

這個(gè)D類功放電路是一個(gè)簡(jiǎn)單的原型，有很大的改進(jìn)空間，我這個(gè)電路的主要問題是采樣技術(shù)，需要改進(jìn)。為了減少放大器的削波，需要計(jì)算適當(dāng)?shù)碾姼泻碗娙葜狄垣@得完美的低通濾波器級(jí)。與往常一樣，可以在 PCB 上制作電路以獲得更好的性能。可以添加一個(gè)保護(hù)電路，以保護(hù)電路免受過熱或短路的影響。