D類功放

D類功放簡(jiǎn)介

　　D類功放指的是D類音頻功率放大器（有時(shí)也稱為數(shù)字功放）。通過控制開關(guān)單元的ON/OFF，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱D類放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。已經(jīng)問世多年，與一般的線性AB類功放電路相比，D類功放有效率高、體積小等特點(diǎn)。

D類功放百科

　　D類功放指的是D類音頻功率放大器（有時(shí)也稱為數(shù)字功放）。通過控制開關(guān)單元的ON/OFF，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱D類放大器。D類放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來。已經(jīng)問世多年，與一般的線性AB類功放電路相比，D類功放有效率高、體積小等特點(diǎn)。

　　基本結(jié)構(gòu)

　　第一部分為調(diào)制器，最簡(jiǎn)單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。把原始音頻信號(hào)加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過自激振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為二分之一的方波。當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，比較器輸出高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空比大于二分之一；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號(hào)幅度高于三角波幅度的時(shí)間卻大為減少，方波占空比小于二分之一。這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱為PWM（Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制）或PDM（Pulse Duration Modulation脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制）波形。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。

　　第二部分就是D類功放，這是一個(gè)脈沖控制的大電流開關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號(hào)變成高電壓、大電流的大功率PWM信號(hào)。能夠輸出的最大功率由負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決定。

　　第三部分需把大功率PWM波形中的聲音信息還原出來。方法很簡(jiǎn)單，只需要用一個(gè)低通濾波器。但由于此時(shí)電流很大，RC結(jié)構(gòu)的低通濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器。當(dāng)占空比大于二分之一的脈沖到來時(shí)，C的充電時(shí)間大于放電時(shí)間，輸出電平上升；窄脈沖到來時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)，輸出電平下降，正好與原音頻信號(hào)的幅度變化相一致，所以原音頻信號(hào)被恢復(fù)出來。

　　工作原理

　　D類功放設(shè)計(jì)考慮的角度與AB類功放完全不同。此時(shí)功放管的線性已沒有太大意義，更重要的開關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號(hào)的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開關(guān)響應(yīng)要好。另外，整機(jī)的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗。所以，飽和管壓降小不但效率高，功放管的散熱結(jié)構(gòu)也能得到簡(jiǎn)化。若干年前，這種高頻大功率管的價(jià)格昂貴，在一定程度上限制了D類功放的發(fā)展?，F(xiàn)在小電流控制大電流的MOSFET已普遍運(yùn)用于工業(yè)領(lǐng)域，特別是近年來UHC MOSFET已在Hi-Fi功放上應(yīng)用，器件的障礙已經(jīng)消除。

　　調(diào)制電路也是D類功放的一個(gè)特殊環(huán)節(jié)。要把20KHz以下的音頻調(diào)制成PWM信號(hào)，三角波的頻率至少要達(dá)到200KHz。頻率過低達(dá)到同樣要求的THD標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。頻率高，輸出波形的鋸齒小，更加接近原波形，THD小，而且可以用低數(shù)值、小體積和精度要求相對(duì)差一些的電感和電容來制成濾波器，造價(jià)相應(yīng)降低。但此時(shí)晶體管的開關(guān)損耗會(huì)隨頻率上升而上升，無源器件中的高頻損耗、射頻的聚膚效應(yīng)都會(huì)使整機(jī)效率下降。更高的調(diào)制頻率還會(huì)出現(xiàn)射頻干擾，所以調(diào)制頻率也不能高于1MHz。

　　同時(shí)，三角波形的形狀、頻率的準(zhǔn)確性和時(shí)鐘信號(hào)的抖晃都會(huì)影響到以后復(fù)原的信號(hào)與原信號(hào)不同而產(chǎn)生失真。所以要實(shí)現(xiàn)高保真，出現(xiàn)了很多與數(shù)字音響保真相同的考慮。

　　還有一個(gè)與音質(zhì)有很大關(guān)系的因數(shù)就是位于驅(qū)動(dòng)輸出與負(fù)載之間的無源濾波器。該低通濾波器工作在大電流下，負(fù)載就是音箱。嚴(yán)格地講，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個(gè)功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類功放與音箱的搭配中更有發(fā)燒友馳騁的天地。實(shí)際證明，當(dāng)失真要求在0.5%以下時(shí)，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達(dá)到要求。如要求更高則需用四階濾波器，這時(shí)成本和匹配等問題都必須加以考慮。

　　近年來，一般應(yīng)用的D類功放已有集成電路芯片，用戶只需按要求設(shè)計(jì)低通濾波器即可。

　　為啥D類功放沒有火起來

　　預(yù)測(cè)技術(shù)的走向跟預(yù)測(cè)股票的走勢(shì)一樣都是很困難的，即使高手也往往看走眼。

　　例如，前幾年D類功放剛剛推出的時(shí)候，很多人都覺得D類具有高性能、省電、體積小、成本低、失真小，重量輕，發(fā)熱小的種種優(yōu)勢(shì)，相比傳統(tǒng)的功放來說簡(jiǎn)直天上地下，幾十斤甚至上百斤的甲類功放，換成D類，可以托在美女手心的一個(gè)小盒子就解決了，聲音也同樣可以做的很美很動(dòng)聽。當(dāng)時(shí)很多技術(shù)大牛都紛紛認(rèn)為D類是趨勢(shì)，傳統(tǒng)功放將像恐龍一樣面臨淘汰的命運(yùn)。

　　然則近10年已經(jīng)過去了，國(guó)內(nèi)外做D類功放的廠家也就是屈指可數(shù)的幾家，如國(guó)內(nèi)成規(guī)模的也就是乾龍盛、珀璞這樣兩家，其余的都是山寨或DIY。國(guó)外如Jeff Rowland好像試水過一兩臺(tái)D類功放，結(jié)果市場(chǎng)反應(yīng)不佳，于是又做回傳統(tǒng)的路子。最近的上海音響展，香港音響展，除了帝瓦雷，很少看到有廠商推Ｄ類的；而即使是帝瓦雷，其營(yíng)銷也未必有預(yù)計(jì)的那么成功，否則也不會(huì)關(guān)閉上海新天地的旗艦店了。其宣傳口號(hào)——每個(gè)家庭都要有一臺(tái)D類——實(shí)現(xiàn)的可能也變得日益渺茫。

　　我自己最近買了一臺(tái)老窖（珀璞）做的D類功放，價(jià)格很平，二手不到800元。本來并沒有對(duì)于其音質(zhì)抱有太大希望，主要看中其四合一的功能，即把解碼、前級(jí)、后級(jí)、耳放甚至USB界面都整合在一套系統(tǒng)里面，比一般說的一體機(jī)功能更加強(qiáng)大。插上電腦就可以推箱子。而試下來，音質(zhì)還是很讓我滿意的。于是兩周以來，我忙著出二手，回收的錢10倍于這臺(tái)功放的價(jià)格——結(jié)果升級(jí)之后不但音質(zhì)勝過原來的系統(tǒng)，淘寶賬戶的錢還多了幾千塊，這當(dāng)然不是壞事，因?yàn)槎喑鰜淼腻X可以買幾根線什么，雖然我現(xiàn)在還沒有想好買什么線。

　　順便說明，D類功放對(duì)于線材的要求很特別，甚至有兼容性問題（基本上味道線都有危險(xiǎn)）例如我的JPS 超導(dǎo)Q同軸，插上去就會(huì)有噪聲，死活不能用，再比如原來用的挺好的CAJ電源線，插在任何環(huán)節(jié)出來的聲音都很怪，于是這些線只能統(tǒng)統(tǒng)出光。倒是原來買的一批相位傳真，單價(jià)一兩百一根的，配合Ｄ類效果不錯(cuò)。

　　我覺得Ｄ類功放的聲音并沒有大多數(shù)人認(rèn)為的那樣冷薄或者數(shù)碼聲重（索尼Ｄ５０就是典型的數(shù)碼聲），其最大的優(yōu)勢(shì)是透明度好，動(dòng)態(tài)大，因?yàn)闆]有中間轉(zhuǎn)接的環(huán)節(jié)，同軸上過來的信號(hào)直接轉(zhuǎn)換為推動(dòng)音箱的電流，所以保真度非常高，即使用對(duì)比很好的解碼+前后級(jí)，你會(huì)發(fā)現(xiàn)D類的聲音更加干凈，而傳統(tǒng)的系統(tǒng)因?yàn)榻?jīng)過了幾臺(tái)機(jī)器幾次放大，再加上很多根信號(hào)線的轉(zhuǎn)接，聲音不可避免的就像蒙上了一層紗，不那么透徹明了。再加上其對(duì)于耳機(jī)的推力十分到位，推平板也易如反掌，所以，AB了幾次后，我毫不猶豫地決定改用Ｄ類。

　　當(dāng)然，這套設(shè)備是我在北京書房聽音樂用的，不是我的主系統(tǒng)（我的主系統(tǒng)還是老式的膽機(jī)），我認(rèn)為Ｄ類的缺點(diǎn)也是有的，就是聲音有一點(diǎn)過于直白了，缺乏韻味。不過這應(yīng)該是因?yàn)檫@臺(tái)D5N還是低端產(chǎn)品，到了比較好的檔次，自然就會(huì)調(diào)整過來。相比其優(yōu)點(diǎn)——使用簡(jiǎn)單，配置簡(jiǎn)單，省電省空間，尤其是不需要那么多連接線和電源線，避震和線材上可以省下五位數(shù)的錢，（如果算上占用面積的房?jī)r(jià)，可以省下六位數(shù)的錢），真可以說是瑕不掩瑜。所以我還是有點(diǎn)奇怪，D類功放為啥不火？為啥那么多燒友還是青睞于黑大傻粗的傳統(tǒng)器材呢？

　　D類功放優(yōu)點(diǎn)

　　1、D類功放的使用范圍很廣，其連接的負(fù)載阻抗最低值可以達(dá)到很低，另外不管負(fù)載阻抗值如何變化，其電池的轉(zhuǎn)換率基本上可以說是不變。

　　2、D類功放非常適合產(chǎn)品的大批量生產(chǎn)。只要確保安裝對(duì)元器件，就可以使產(chǎn)品具有的很好的一致性，而且生產(chǎn)的過程中不需要任何的調(diào)試，安全可靠。

　　3、D類功放具有很高的能量使用轉(zhuǎn)換率，而且它的體積很小，具有很強(qiáng)的可靠性。D類功放的電池使用率可以達(dá)到90%以上，符合綠色環(huán)保的要求。

　　4、D類功放可以直接實(shí)現(xiàn)群控、遙控、監(jiān)測(cè)等功能，而不需要添加任何的裝置。

　　5、D類功放沒有高頻、中頻、低頻的相對(duì)變化，它的聲音非常清晰，而且聲像有很準(zhǔn)確的定位。

　　D類功放缺點(diǎn)

　　1、D類功率放大器的功率晶體管在其剛開始連接和最后的關(guān)閉過程中，緊靠地面的電位會(huì)發(fā)生波動(dòng)等情況，從而增加了噪音。

　　2、D類功率放大器的揚(yáng)聲器可能會(huì)因?yàn)槟撤N原因而出現(xiàn)失真等情況。

　　3、D類功率放大器的沒有專門的開關(guān)，若是安裝的功率晶體管和其他器件匹配的不好，會(huì)導(dǎo)致整個(gè)產(chǎn)品質(zhì)量不過關(guān)。

　　4、D類功率放大器的輸出電路有可能會(huì)出現(xiàn)死區(qū)等情況。

　　有關(guān)什么是D類功放，以及D類功放優(yōu)缺點(diǎn)的話題就說到這里，還有什么不明白的地方，朋友們可在下文的評(píng)論區(qū)留言，或者登錄高清時(shí)代論壇提出你的問題。