D类音频放大器工作原理图+设计所需组件清单

面包板社区 2023-03-24 21:36

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在过去的几十年里，音频内容已经取得了非常大的进步，从经典的电子管放大器到现代媒体播放器，技术进步了改变了数字媒体的消费方式。扬声器技术取得了非常大的进步，但放大器方法的改进发挥了重要作用，尤其是 D 类放大器。

这篇文章主要是分享：D 类放大器，D 类放大器的优缺点，D 类放大器原理、D 类放大器电路图、D 类放大器设计、D 类放大器测试。

一、D 类放大器教程

什么是 D 类音频放大器?最简单的一个说法 D 类音频放大器是一个开关放大器。为了了解 D 类音频放大器的工作原理，我们需要了解 D 类音频放大器的功能以及开关信号是如何产生的。下面给出了框图帮助大家理解。

D 类音频放大器工作原理图

二、 D 类放大器怎么样?

D 类放大器效率高。与 A 类、B 类和 AB 类放大器相比，D 类音频放大器的效率可高达 90-95%，AB 类放大器的最大效率为 60-65%，因为它们工作在有源区并表现出低功率损耗，如果将集电极 - 发射极电压乘以电流，你就会发现这一点。

三、D 类放大器原理

现在，回到 D 类音频放大器的功能简化框图。

D 类放大器原理你在同相端看到的，有音频输入;在反相端，有高频三角信号。此时，当输入音频信号的电压大于三角波的电压时，比较器的输出变为高电平，当信号为低电平时，输出为低电平。有了这个设置，我们只是用高频载波信号调制输入音频信号，然后连接到 MOSFET 栅极驱动 IC，顾名思义，驱动器用于驱动两个 MOSFET 的栅极侧和低侧一次。在输出端，得到一个强大的高频方波，我们通过一个低通滤波器来获得我们最终的音频信号。

D 类放大器工作原理图

四、D 类放大器设计所需组件

了解了 D 类放大器的基础知识后，我们可以来 DIY D 类放大器。这是一个比较简单的测试项目，组件也比较通用，你直接在网上就可以买到大部分组件，下面给出了带图片的组件列表。

构建 D 类功率放大器的零件清单构建 D 类功率放大器的零件清单：

构建 D 类功率放大器的零件清单图

五、D类音频放大器电路图

D 类放大器电路电路图如下所示：

D 类放大器电路电路图

六、D 类放大器的使用方法

这里主要是讲一下 D 类音频放大器的主要每个功能模块，并且解释每个模块的工作原理。

1、输入电压调节器

输入电压调节器首先使用 5V 稳压器 LM7805 和 12 伏稳压器 LM7812 调节输入电压。这里非常重要，因为我们要用 13.5V 直流适配器为电路供电，而为 NE555 和 IR2110 IC 供电，需要 5V 和 12V 电源。

2、带有 555 非稳态多谐振荡器的三角波发生器：

带有 555 非稳态多谐振荡器的三角波发生器从下图可以看出，我们使用了一个带有 2.2K 电阻的 555 定时器来产生一个 260KHz 的三角信号。

3、调制电路：

调制电路从上图中可以看出，我们使用了一个简单的 LM358 运算放大器来调制输入音频信号。说到输入的音频信号，我们使用了两个 10K 输入电阻来获取音频信号，并且由于我们使用的是单电源，因此我们连接了一个电位器来抵消输入音频中存在的零信号。当输入音频信号的值大于输入三角波时，该比较器的输出将为高电平，在输出端，我们将获得调制方波，然后将其馈送到 MOSFET 栅极驱动器 IC。

4、IR2110 MOSFET 栅极驱动器 IC：

IR2110 MOSFET 栅极驱动器 IC 我们使用了 MOSFET 栅极驱动器 IC 来正确驱动 MOSFET。所有必要的电路都按照IR2110 IC 数据表的建议放置。为了正常工作，该 IC 需要输入信号的反相信号，所以我们使用BF200高频晶体管来产生输入信号的反相方波。

5、MOSFET 输出级：

MOSFET 输出级从上图中可以看出，我们有 MOSFET 输出级，它也是主要的输出驱动器，因为我们正在处理高频和电感，所以总是涉及瞬态，所以我们使用一些 UF4007 作为反激防止 MOSFET 损坏的二极管。

6、LC 低通滤波器：

LC 低通滤波器 MOSFET驱动级的输出是高频方波，这种信号绝对不适合驱动扬声器等负载。为了防止它，我们使用了一个 26uH 电感和一个 1uF 无极性电容来制作一个低通滤波器，记为 C11。这就是简单的电路功能。

七、测试 D 类放大器电路

测试 D 类放大器电路从上图中可以看出，使用了一个 12V 电源适配器为电路供电，它发出的电压比 12V 略高，准确地说是 13.5V，非常适合我们的板载 LM7812 稳压器。负载使用的是 4 Ω、5 W 的扬声器。对于音频输入，我使用的是带有 3.5 毫米长音频插孔的笔记本电脑。当电路通电时，不会像其他类型的放大器那样发出明显的嗡嗡声，但是这个电路在较高的输入电平下会出现削波问题，所以这个电路有很大的改进空间。当驱动中等低负载时，MOSFET 根本没有变热，因此对于这些测试，它不需要任何散热器。

八、进一步增强

这个 D 类放大器电路是一个简单的原型，有很大的改进空间，这个电路的主要问题是采样技术，需要改进。为了减少放大器的削波，需要计算适当的电感和电容值以获得完美的低通滤波器级。与往常一样，可以在 PCB 上制作电路以获得更好的性能，可以添加一个保护电路，以保护电路免受过热或短路的影响。

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