前言現(xiàn)代高保真立體聲系統(tǒng)都采用數(shù)字信號(hào)音源：諸如激光唱片（CD）、數(shù)字錄音帶（DAT）、數(shù)字音頻廣播（DAB）等。數(shù)字語音和樂音信號(hào)通常是脈沖編碼調(diào)制的,具有12位,16位或更高的分辨率,取樣頻率分別為32KHz（DAB）;44.1KHz（CD）;或48KHz（DAT）。對(duì)這些數(shù)字信號(hào),傳統(tǒng)的方法是將它送到D/A變換器變換成模擬信號(hào),經(jīng)低通濾波后再送至模擬功率放大器來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的揚(yáng)聲器。數(shù)字信號(hào)在存儲(chǔ)、傳輸和處理方面的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知的,數(shù)字系統(tǒng)的
前言
現(xiàn)代高保真立體聲系統(tǒng)都采用數(shù)字信號(hào)音源：諸如激光唱片（CD）、數(shù)字錄音帶（DAT）、數(shù)字音頻廣播（
DAB）等。數(shù)字語音和樂音信號(hào)通常是脈沖編碼調(diào)制的,具有
12位,
16位或更高的分辨率,取樣頻率分別為32KHz（DAB）;44.1KHz（CD）;或
48KHz（DAT）。對(duì)這些數(shù)字信號(hào),傳統(tǒng)的方法是將它送到D/A變換器變換成模擬信號(hào),經(jīng)低通
濾波后再送至模擬
功率放大器來驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的
揚(yáng)聲器。
數(shù)字信號(hào)在存儲(chǔ)、傳輸和處理方面的優(yōu)點(diǎn)是眾所周知的,數(shù)字系統(tǒng)的保真度、可靠性和經(jīng)濟(jì)性大大超過了模擬系統(tǒng)。因此,在信號(hào)鏈最后一環(huán),即功率放大級(jí),采用數(shù)字技術(shù)也是順理成章的。一個(gè)顯而易見的數(shù)字功放方案可以采用脈寬調(diào)制（PWM）技術(shù),其簡(jiǎn)化的方框圖如圖1所示。一個(gè)低功率音頻信號(hào)（該信號(hào)可以是模擬的也可以是數(shù)字的）,送入脈寬調(diào)制器,它產(chǎn)生一個(gè)二進(jìn)制PWM波形,對(duì)它進(jìn)行功率放大,放大后的PWM信號(hào)再加到PWM解調(diào)器（通常是一個(gè)低通
濾波器）,最終得到一個(gè)功率音頻信號(hào)。這類功率放大器也稱為D類放大器。
PWM放大器最重要特性是簡(jiǎn)化了功率放大過程。就二進(jìn)脈沖信號(hào)放大而言,功率放大過程簡(jiǎn)化為高功率DC電壓源和由低功率PWM信號(hào)控制的
開關(guān)電路,如圖2所示。圖中LC低通濾波器取代了PWM解調(diào)器;
電阻RL是負(fù)載電阻,就是揚(yáng)聲器。在實(shí)際電路中,開關(guān)用兩個(gè)快速功率
MOSFET構(gòu)成,為了避免在準(zhǔn)靜態(tài)工作時(shí)負(fù)載上產(chǎn)生直流偏移,可以采用橋式結(jié)構(gòu)。
與A/AB/B類放大器相比,D類放大器最大的優(yōu)點(diǎn)是其理想效率可達(dá)
100%。對(duì)開關(guān)工作的晶體管,開啟時(shí)開關(guān)上的電壓為0;關(guān)閉時(shí)開關(guān)中的
電流為0,因其功耗接近于0。這樣,D類放大器能提供體積小,成本低的高功率放大器。此外,D類放大器不存在交叉畸變,交叉畸變?cè)贐類放大器中最為明顯。
模擬PWM與數(shù)字PWM
脈寬調(diào)制的對(duì)象可以是模擬信號(hào),也可以是數(shù)字
PCM信號(hào)。兩者的調(diào)制過程是相同的,輸出的脈沖列也是類似的,但兩者變換后的頻譜是有本質(zhì)上差別的,這也直接導(dǎo)致信號(hào)處理的差異,下面對(duì)這兩種信號(hào)作簡(jiǎn)單的分析。
脈沖下降邊自然PWM（NPWM）是一種經(jīng)典的PWM電路,它由鋸齒電壓發(fā)生器和電壓比較器構(gòu)成,如圖3。對(duì)模擬輸入信號(hào),鋸齒波的固定頻率應(yīng)大于輸入信號(hào)最高可能的頻率,它直接確定了PWM信號(hào)的脈沖速率。輸入信號(hào)和輸出波形的定時(shí)關(guān)系示于圖4（G）。為了深入了解音頻信號(hào)在PWM后的性質(zhì),通常采用頻譜分析法。對(duì)單頻正弦波信號(hào),下降邊NPWM頻譜由輸入頻率,載波和它的各次諧波,輸入信號(hào)與載波及各次諧波的和頻和差頻組成。它的特點(diǎn)是,輸入頻率沒有諧波,但輸入與載波的調(diào)制積會(huì)向輸入頻率方向回落,這一點(diǎn)是非常重要的。為了不使調(diào)制積影響音頻基帶,載波頻率應(yīng)大大高于輸入信號(hào)的最高可能頻率。在實(shí)際PWM設(shè)計(jì)中,音頻基帶覆蓋了DC至20KHz的整個(gè)頻帶,PWM載波通常在200KHz至
300KHz之間。
