数字功放简介_专业数字功放

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数字功率放大器简介

班级：JS001104学号：2011300077姓名：李卫华

一． 数字放大器的定义及工作原理

功率放大器通常根据其工作状态分为五类。即A类、AB类、B类、C类、D类。在音频功放领域中，前四类均可直接采用模拟音频信号直接输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。D类放大器比较特殊，它只有两种状态，不是通就是断。因此，它不能直接输入模拟音频信号，而是需要某种变换后再放大。人们把此种具有“开关”方式的放大，称为“数字放大器”。

二． 数字功法与传统功放比较

数字功放由于工作方式与传统模拟功放完全不同，因此克服了模拟功放固有的一些缺点，并且具备了一些独有的特点。

1.过载能力与功率储备

数字功放电路的过载能力远远高于模拟功放。模拟功放电路分为A类、B类或AB类功率放大电路，正常工作时功放管工作在线性区；当过载后，功放管工作在饱和区，出现谐波失真，失真程度呈指数级增加，音质迅速变坏。而数字功放在功率放大时一直处于饱和区和截止区，只要功放管不损坏，失真度不会迅速增加。由于数字功放采用开关放大电路，效率极高，可达75%~90%（模拟功放效率仅为30%~50%），在工作时基本不发热。因此它没有模拟功放的静态电流消耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之前后无模拟放大、无负反馈的牵制，故具有更好的“动力”特

性，瞬态响应好，“爆棚感”极强。

2.交越失真和失配失真

模拟B类功放在过零失真，这是由于晶体管在小电流时的非线性特性而引起的在输出波形正负交叉处的失真（小信号时晶体管会工作在截止区，无电流通过，导致输出严重失真）。而数字功放只工作在开关状态，不会产生交越失真。

模拟功放存在推挽对管特性不一致而造成输出波形上下不对称的失配失真，因此在设计推挽放大电路时，对功放管的要求非常严格。而数字功放对开关管的配对无特殊要求，基本上不需要严格的挑选即可使用。

3.功放和扬声器的匹配

由于模拟功放中的功放管内阻较大，所以在匹配不同阻值的扬声器时，模拟功放电路的工作状态会受到负载（扬声器）大小的影响。而数字功放内阻不超过0.2Ω(开关管的内阻加滤波器内阻)，相对于负载（扬声器）的阻值（4~8Ω）完全可以忽略不计，因此不存在与扬声器的匹配问题。

4.瞬态互调失真

模拟功放几乎全部采用负反馈电路，以保证其电声指标，在负反馈电路中，为了抑制寄生振荡，采用相位补偿电路，从而会产生瞬态互调失真。数字功放在功率转换上没有采用任何模拟放大反馈电路，从而避免了瞬态互调失真。

5.声像定位

对模拟功放来说，输出信号和输入信号之间一般都存在着相位差，而且在输出功率不同时，相位失真亦不同。而数字功放采用数字信号放大，使输出信号与输入信号相位完全一致，相移为零，因此声像定位准确。

6.升级换代

数字功放通过简单地更换开关放大模块即可获得大功率。大功率开关放大模块成本较低，在专业领域发展前景广阔。

7.生产调试

模拟功放存在着各级工作点的调试问题，不利于大批量生产。而数字功放大部分为数字电路，一般不需调试即可正常工作，特别适合于大规模生产。

三．DPA功放的工作原理

DPA--即数字脉冲功率转换器，是采用数字处理、量化、编码等手段，以时钟倍数的脉冲宽度来描述音频信号，实现数字化的功率转换。

四．数字功放的现状

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。

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、DVDAudio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。

国外在数字音频功率放大器领域进行了二、三十年的研究，六十年代中期，日本研制出8bit数字音频功率放大器。1983年，M.B.Sandler等学者提出D类（数字）PCM功率放大器的基本结构。主要是围绕如何将PCM信号转化为PWM信号。把信号的幅度信号用不同的脉冲宽度来表示。此后，研究的焦点是降低其时钟频率，提高音质。随着数字信号处理（DSP）技术和新型功率器件及应用的发展，开发实用化的16位数字音频功放成为可能。

一个音响系统必须具备音源、功放和音箱三大部分。音源部分目前已数字化了，如CD、VCD、DVD、DAB和数字电视等。但 的功放和音箱仍然是模拟统治的天下。在人们进入数字化、信息化的开发过程中自然想到了功放的数字化这一问题。

模拟功放始终无法解决效率、成本、音质这三者之间的矛盾。国内市场开始出现AV数码功放，但所谓的数字功放实质上仅仅是指音频处理部分采用了数字处理，其功率放大器 则仍然采用模拟放大，这与真正意义的数字功放相差甚远。

音响产品的数字化是必然趋势。由于数字功放有很多优点，如体积小、功率大、高、与数字音源的无缝结合、能有效降低信号间传递干扰、实现高保真等。在数字音源已经大量普及的时代，数字功放将会取代现有的模拟功放。

五．数字功放的发展展望

21世纪将是数字化、信息化的时代，全新的技术体制将会引发全新的技术产业革命。目前最新提出的SACD格式更是层出不穷，从MPEG-1到MPEG-2，从数字杜比（AC-3）到DTS等。数字功放更是国际上各大厂商关注的焦点。据了解，全球最大的视听设备制造商SONY公司最近准备推出它的数字功放产品，就连非常著名的汽车音响制造商（Alpine）也将推出数字功放（这两家均采用美国Tripath的芯片）。在数字信号处理方面极具实力的德州器公司（TI），2000年3月16日宣布成立自己的数字功放事业部，致力发展采用数字技术把高保真音质带入各种类型的音频设备中。因此，数字功放的春天即将到来，而且，在这场数字功放技术竞争中，唯有不断创新才能保持技术的领先地位。

数字音频功放不仅仅能应用在家庭影院系统、高保真重放系统，同时也可将该技术应用到特别需要省电、体积小的地方，如数字电视、汽车音响功放、便携听音设备，甚至是移动电话等设备。应该说该项技术的应用十分广泛，既可用来做上千瓦功率输出的专业功放，也可以是用来做几十毫瓦的便携机。数字音频功放是全新一代的音频功放，是模拟功放发展的必然趋势和取代者。作为一种全新的技术，其

市场的推广需要一段培育过程。以下这几个方面是该数字音频技术的关键技术和突破口：

◆ 数字音频功放技术的体制和标准。它的制定在一定程度上起到了保护民族工业的兴起，保护国内市场的占有率，保证自己的专利技术。◆ 数字音频功放（DPA）技术及ASIC技术，特别是ASIC，如果不能开发自己的专用芯片（通用芯片除外），就不能有自己的专利技术和产业基础。

◆ 技术本身可在不同的领域内使用。

特别需要省电的便携设备使用；

应用范围极为广泛的电视、收音机等一般音频重放设备使用。Hi-Fi和家庭影院等要求高的场合使用。

◆ 高效、音质好、成本低是数字功放发展的方向。

◆ 模块化的功放单元开发，是决定数字功放命运的关键（质量、成本因素）

◆ 开发适合于DVD-Audio和SACD指标的数字功放。