無后級濾波器的D類放大器的理解

傳統D類放大器的一個主要缺點就是它需要外部LC濾波器。這不僅增加了方案總成本和電路板空間，也可能因濾波元件的非線性而引入額外失真。圖1給出了MAX9700免濾波器調制器拓撲的簡化功能框圖。與傳統的PWM型BTL放大器不同，每個半橋都有自己專用的比較器，從而可獨立控制每個輸出。調制器由差分音頻信號和高頻鋸齒波驅動。當兩個比較器輸出均為低電平時，D類放大器的每個輸出均為高。與此同時，或非門的輸出變為高電平，但會因為RON和CON組成的RC電路而產生一定延時。一旦或非門延時輸出超過特定門限，開關SW1和SW2即會閉合。這將使OUT+和OUT-變為低，并保持到下個采樣周期的開始。這種設計使得兩個輸出同時開通一段最短時間(tON(MIN))，這個時間由RON和CON的值決定。如圖2所示，輸入為零時，兩個輸出同相并具有tON(MIN)的脈沖寬度。隨著音頻輸入信號的增加或減小，其中一個比較器會在另一個之前先翻轉。這種工作特性外加最短時間導通電路的作用，將促使一個輸出改變其脈沖寬度，另一個輸出的脈沖寬度保持為tON(MIN) (圖2)。這意味著每個輸出的平均值都包含輸出音頻信號的半波整流結果。對兩路輸出的平均值進行差值運算，便可得到完整的輸出音頻波形。

圖1. 該簡化功能框圖展示了MAX9700免濾波器D類調制器的拓撲。

圖2. MAX9700免濾波器調制器拓撲的輸入和輸出波形。

由于MAX9700的輸出端在空閑時為同相信號，所以負載兩端沒有差分電壓，從而最大限度降低了靜態功耗，并且無需外部濾波器。Maxim的免濾波器D類放大器從輸出中提取音頻信號時并不依靠外部LC濾波器，而是依靠揚聲器負載固有的電感以及人耳的聽覺特性來恢復音頻信號。揚聲器電阻(RE)和電感(LE)形成一個1階低通濾波器，其截止頻率為：

對大多數揚聲器而言，這個1階滾降足以恢復音頻信號，并可防止在揚聲器電阻上耗散過多高頻開關能量。即使依然存在殘余開關能量使揚聲器組件產生運動，這些頻率也無法被人耳聽到或影響聽覺感受。