數字功放采用早已存在的D類放大器電路,D類放大器的電路采用場效應管H-橋式鏈接。電路場效應輸出的脈沖波經過恢復得到原來的正弦波,驅動揚聲器產生聲音。
數字功放原理
數字功放的功放管工作在開關狀態,理論狀態晶體管導通時內阻為零,兩端沒有電壓,當然沒有功率消耗;而截止時,內阻無窮大,電流又為零,也不消耗。所以作為控制元件的晶體管本身不消耗功率,電源的利用率就特別高。
圖1是數字D類功放的工作原理框圖。D類功放處理的是經脈寬調制(PWM)的音頻數字信號,聲音信息埋藏在脈沖的占空比或脈沖密度中。
圖示是音頻信號的壹種PWM調制方法,最為直觀;較多采用的是以脈沖密度來表示信號大小的,脈沖密度大的地方,表示電壓高;稀的地方,電壓就低。雙向信號可用其它方式調制,如占空比50%,即脈沖寬度與間隔寬度1:1,表示信號幅值為零;占空比大於50% ,幅度為正,這時數值越大,正幅度越高;占空比小於50%,幅度為負,越小越負。因為這種信號並不需要與外接設備直接相連,也就不需要格式完全統壹,各廠可按自行研發的最佳方案調制。
音頻PWM編碼可以從兩種途徑獲得,壹是對模擬音頻信號進行模數變換直接生成PWM數字音頻.二是對其它編碼的數字音頻,如CD的PCM編碼,通過數字信號處理技術變換成PWM碼。獲得後用此信號去控制大電流的開關型功率MOSFET由功率管輸出壹個大能量的PWM碼。輸出電壓的大小由電源電壓高低決定,輸出的電流由負載揚聲器的阻抗和電路形式決定。功率管工作在開關狀態,只要開關特性好,線性要求幾乎沒有,制造成本比音響對管低,工業控制上這類金氧半場效晶體管(MOSFET)已用得很普遍,取材方便。由於開關管導通時的飽和壓降和截止時的漏電流也會損失壹些電能,但總效率仍有百分之九十幾,為各類放大電路效率之冠。
開關晶體輸出的是脈寬調制波形,要成為可聽的模擬音頻信號,還需經過壹路帶寬為20KHz的低通濾波器,濾去脈沖波形中的高頻成分,見圖3,壹般說來功放的輸出電壓對選取電容的耐壓不成問題,只是電感最大允許電流要設計正確。
箱和聲卡上采用,帶有數字功放的聲卡可直接接通普通音箱,這樣使用就方便得多。隨著技術的發展,數字功放也進入音響領域。
從圖1可以看出數字功放的另壹優點是可以直接放大數字音頻信號。CD和DVD碟片上輸出的音頻信號是數字化的,現在播放機解碼後要經過數模變換,變成模擬音頻後再送出。而采用數字功放後,就可把解碼後的PCM數字音頻信號直接進入數字信號處理電路處理成PWM碼進行放大。省去了播放機中的數模變換和數字功放中的模數變換二個較貴重部分,不但音質受損少,成本也可降低。
利用數字功放技術生產整機時,音量調節方案會成為機種檔次的分界線。簡單方案就像傳統模擬功放那樣由電位器衰減模擬信號的輸入幅度,實現音量衰減.這種方式數字信號的量化比特率得不到充分利用,小音量時信噪比下降,動態範圍變小。而且也不能用於數字音頻直接輸入系統。