數控D類功放系統的設計與分析

摘要：介紹了一款基于DDX功率驅動技術、既具有USB數字音頻接口又具有模擬音頻接口的數控D類功放系統。采用AT89C2051作為主控芯片，通過事件掃描方式讓控制曼有效率，通過I2C總線讓TDA7449芯片具有16階的音量控制、16階的音調控制、聲道選擇、靜音控制等功能；利用數學模型，分析了該數控D類功放具有高效率和很好的音調控制功能；通過LC二階濾波電路的分析和設計，讓功放的最大總諧波失真控制在0．5％以內。
關鍵詞：D類功放；LC濾波器；高效率；高保真

引言
D類功放以其效率高、發熱量低、體積小、便攜等特點在汽車、手持設備、多媒體等領域的音響系統中占據了重要的地位。但保真度不夠是D類功放一直無法完全替代A類、AB類功放的根本原因。本文設計了一種數控D類功放，通過一些關鍵環節的設計，并加以理論分析，通過測試，在20 Hz～20 kHz音頻范圍內，實現了高效率、低失真、高保真。

1 系統原理分析
1．1 D類功放效率分析
功放的實質是把電源提供給放大器的直流功率，轉換成負載的交流功率。D類功放以效率高、體積小為主要優點，采用兩個相位相反的PWM驅動差分輸出方式，理論上效率可以達到100％。下面是方波的傅里葉級數：


但由于場效應管的開關損耗和各模塊元件的損耗，不可能達到100％。再考慮到CMOS場效應管導通電阻損耗、偏置電流損耗、輸入電容充電損耗等，使得一般的D類功放在8 Ω負載時效率為85％左右。其效率仍要比目前市場上廣泛采用的AB類功放效率高很多。
1．2 音調電路分析

電路設計中，低音控制中的R2選擇2 kΩ，Ri為25 kΩ，C1為150nF，C2選擇為330nF。根據式(1)求出轉折頻率為32 Hz。高音控制中，C1為5．6 nF，而Ri為25 kΩ，根據式(2)求出轉折頻率為1 137 Hz。