Class D Amplifier 是數位的? 還是類比的?

sjhor

Class A, Class B, Class AB, Class C ....等等都是 Analog power Amplifier!
: v# c1 ^9 z$ V而 CLass D 則是用 PWM 的 square waveform 推喇吧!!
所以說:
Class D Amplifier 是數位的?  還是類比的?
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( Q3 R. C8 w. c% {請客自說明自己的見解?

sjhor

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為何今日會盛行D類放大器呢？在如此問之前其實應當問過去至今為何AB類會盛行？
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: P* v; }! V& N　在此我們不再詳述電路的細節運作原理，單就結果特性來說明，A類放大具有最佳的信號傳真性（電壓波形幾乎無失真），但卻相當耗用電能，一般來說電能利用率只有20％∼30％，舉例而言，倘若供應100W電力給A類放大機（擴大機），最後真正輸出到喇叭發聲功率的只有25W，其餘的75W統統是放大系統運作過程中的耗用，而且此一高耗能也會產生高廢熱，需要在放大電晶體上配裝厚高的散熱片來幫助散熱。雖然A類電能利用率差，但信號完整是其可取之處，所以依然用在高檔專業音響中，發燒友為了享受無失真的完美音質，不會太在乎多耗3倍的電能。
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9 \9 G6 w0 B1 L0 n5 Q% D+ Q　至於B類放大，其電能利用率較高，理想上可至75％，但卻有交越失真的問題，上下波形中有一者會遭部分截斷，而無法全波完整放大，如此若用在音響系統就會有明顯的聲音粗糙變質。至於C類放大比B類更糟，上下兩波形都失真，因此更無法用於傳真性的放大應用中，多半只用在無線通訊的RF射頻系統上。

　既然A類波形佳、用電高，而B類卻是用電佳、波形稍差（介於A類與C類間），因此人們有了截補的想法，同時用上2個B類放大電路，將兩者所剩的完整半波予以合併，以此達到與A類相同的全波效果，此即是所謂的AB類放大（運作電路來自2個B類，呈現效果卻近A類），且用電上依然低於A類，若要同樣實現一個輸出放大達25W的系統，A類整體需要100W，AB類約只要66W，如此連散熱片的體積也可以因此精簡。今日絕大多數的消費性音響及視聽設備都是用AB類。
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* l: z9 o" T( F7 d% [D類放大：爭取更高的體積與用電效益

7 T5 {) S" ~% {　很明顯的，AB類是兼顧用電（也包含散熱、體積）要求及音質要求的妥協性設計，而本文所要談論的D類也是如此，只是這次更加偏重在電路體積與電能利用率。

0 _$ |3 ?/ g9 J- E5 b　在此我們要稍微詳細地說明D類放大的原理，與ABC三類不同的，D類不是利用功率電晶體的線性工作區間特性來放大，不是用類比原理來放大，而是用上電壓比較、脈寬調變等技術來放大，也因此有人
6 z. I9 l6 }  E$ c7 E! i" W稱D類放大為數位式功率放大或數位功放。

: o$ n# w3 X  S( @0 z2 t1 w2 T　首先，D類放大會將原始的類比信號波形，與比它更高頻率的三角波（或鋸齒波）進行電壓比較（透過電壓比較器），如此便可將以振幅高低性表示的信號調變成以脈波寬窄性表示的信號，此即是脈寬調變（Pulse Width Modulation；PWM），之後將PWM信號輸出到MOSFET場效電晶體上的閘極，以控制電晶體的導通、關閉，同時也在這個階段進行信號功率放大，最後MOSFET的輸出端連接LC（電感、電容）低通濾波電路，將PWM的載波濾除，使原始信號波形重新呈現。

　瞭解原理後，再進一步去瞭解D類方式所呈現的優缺點，缺點是以調變程序所形成的放大必然與原始信號有些出入，但在一般消費性的音樂播放上依然可被接受，相對的D類放大提供了更多的益處，主要是極高的電能利用率，純理論上是100％運用，實務上也經常在80％、90％的層級，比AB類更佳，也因此可再降低散熱片的倚賴性，甚至在低功率時可完全將散熱片捨棄。此外連同其相關組件所需佔用的電路面積、體積，以及電路簡易性等，亦都是D類較優異。

　更簡單說，D類與AB類一樣是妥協性的設計，在仍不錯的音質下進行大幅的用電、體積精省，這正是今日掌上型、行動式、手持式裝置所最鍾意的特質，現在絕大多數的手機、數位隨身聽、口袋電視、PDA、PMP等，其音效部分都採行D類放大器。
. W5 c3 `: m; J至此各位可能會說：我沒有設計手持裝置，不需要講究用電及電路體積，所以依然可用AB類放大器。但其實非行動運用也逐漸有採行D類放大器的趨勢，過去傳統類比映像管電視有很大的體積，其機內仍有寬裕空間可設計音效電路，散熱及用電也與映像管系統一併考慮，然而如今數位平面液晶電視、平面喇叭盛行，力求短小輕薄與低用電，這時就難以堅持續用AB類放大器，一樣需要考慮用D類放大器。

0 [3 K8 h* u7 i/ b; B/ x　同樣的，車內音響及車用娛樂系統也是如此，車用電瓶的電力雖多於掌上型裝置的電池，但畢竟少於家用供電插座，加上車體與內裝空間的限制，一樣有用電與體積的精省壓力，這時也會考慮用D類放大器。
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6 V+ A( Y# B& q1 G% H5 _　事實上市場也是如此發展，最迫切需要D類放大器的是手持裝置，因此初期的D類放大器皆屬低功率，即1W∼3W的數瓦層級，之後開始有中功率（10W∼30W的數十瓦層級）的出現，而今更是達100W∼200W的高功率，D類放大器正日漸普遍，不再只是行動設計需要，日益講究省電、短小輕薄的消費性產品都有需求。
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1 Y9 q# ?( u  a& c原文PDF如下:

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sjhor

台灣工銀 2006年1月的 Class D amplifier 市場調查報告

/ G% T" A5 ]% u. P. _4 \市調機構Forward Concepts Inc 預測Class D 音效放大器產業產值2003年為0.84億美金，2008年則可達8.23億美金，2004-2008年期間CAGR高達60%。另外IMS的預測雖然相對保守，同期間的CAGR亦達25%，相對於同期間的半導體產業產值CAGR: 9.8%，類比IC產業產值CAGR: 10.4%，顯然Class- D 音效放大器產業的未來成長性頗佳，而平面顯示器與電視的採用穿透率為Class D市場起飛關鍵要素。

' _, Q/ L: v/ j/ L' e5 y原文PDF如下:

- ]5 _  J( x, H$ V[ 本帖最後由 sjhor 於 2007-4-16 05:59 PM 編輯 ]

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D類放大器輸出脈衝寬度調變 (Pulse-Width Modulated，PWM) 訊號，而不是AB類放大器常見的線性訊號，PWM訊號中包含音頻訊號以及PWM開關訊號和諧波。D類放大器遠比AB類放大器更有效率，因為輸出MOSFET會從極高阻抗切換至極低阻抗，在工作區 (active region) 的時間只有數奈秒。利用這項技術，輸出級的功耗將降至極小；除此之外，LC濾波器或喇叭的電感性零件還會在每個週期中儲存能量，確保開關功率不會在喇叭中耗損。
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雖然D 類音訊放大器的技術已經非常成熟，但是在這個領域，目前亞太地區扣除日商之外，包含台灣、韓國、
中國大陸在內的設計公司，幾乎都還沒有看到成功切入市場的案例，問題又在哪裡？
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. B/ X9 g$ e: Z% j1 H雖然D 類音訊放大器有著高效率、低功耗的優勢，但是由於D 類音訊放大器脫胎自交換式電源架構，因此與絕
大多數的交換式電源管理元件一樣有EMI 困擾。半導體供應商如果要在原本使用線性放大器的市場上推廣D 類
! d3 {; }# m3 [( @8 ^% P, x2 n音訊放大器，勢必得協助客戶解決EMI 的問題。

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原帖由 tommywgt 於 2007-3-27 10:16 AM 發表
+ j7 N; M9 F; q1 B  k) A# I) v% {Class-D訊號處理方式來是數位, 但是信號是類比的
, S$ \" s& ^) t# ]3 S: y另外analog in跟IIS輸入的依輸入方式不同而處理電路也完全不同
) G9 V3 _; F0 s! M當然, IIS輸入的class-D AMP有較高的snr

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非常感謝你的回覆!
若有其他的資料  可否貢獻一下!
讓這個資料更豐富  更有可看性!
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' C$ A+ q9 ]7 [) x當然  其他人  有不同的資料與訊息  也請多多的分享
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" [1 N" W# \6 s/ T# @$ m* d' j' C[ 本帖最後由 sjhor 於 2007-4-2 03:52 PM 編輯 ]

sjhor

這是一篇英文
4 G* k7 ]! y: F9 `5 a他將 Class D amplifier 用簡單的方式推導
感覺還不錯  所以抓來給大家分享:
當然還是那句老話:
: J/ }5 l8 j2 `, V: g6 Y3 r& ~取之於網路，所以若有版權問題時，請版主砍掉
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你可以看下列的文章  應該對你有幫助才對!

+ c# {# z, P+ U/ D1. http://www.chip123.com/phpBB/vie ... &extra=page%3D7
2. http://www.chip123.com/phpBB/vie ... &extra=page%3D6

[ 本帖最後由 sjhor 於 2007-5-31 12:06 PM 編輯 ]