便携电子设备中音频功放的发展分析

便携电子设备中音频功放的发展分析

贺江林

广州市迪士普音响科技有限公司广东广州510450

摘要：本文将从便携电子设备音频功放类型出发，展开便携电子设备音频功放比较，对便携电子设备音频功放前景进行分析与探究，希望为相关人员提供一些帮助和建议，更好地促进音频功放发展。

关键词：放大器；音频功放；电子设备

引言：科学技术飞速发展使得移动dvd、手机、mp3和mp4等多种便携电子设备出现于人们的生活中，这些便携电子设备具备音频输出的功能，有音频功率的一个放大器芯片，人们称作音频功放。为了确保便携电子设备的使用，必须在了解音频功放基础上展开设计。因此，研究便携电子设备音频功放具有一定现实意义。

一、便携电子设备音频功放类型

（一）D音频功放概况

D音频功放能够使输入进来的音频模拟信号向脉冲宽度调制信号进行转化，随后再用脉冲宽度调制信号对功率开关进行控制，因此又叫作开关放大器。一般来说，D音频功放主要在非线性区工作，未输入信号的情况下，放大器保持截止的状态，不会产生电量消耗，工作过程中，借助输入信号使晶体管维持饱和的状态，并且晶体管类似一种接通开关，可连通负载和电源。D音频功放具有较小的截止电流、较低的饱和压降，这使得效率高成为D音频功放的最大特点，一般能够具有百分之九十左右的效率。在D音频功放发展中，主要出现了两种类型，分别是半桥式和免滤波式。

半桥式的D音频功放由1个外部滤波器、2个输出mosfet、1个调制脉宽器构成，mosfet的n沟道与p沟道能够当成电流导向开关，把输出节点和gnd、vdd相连接。输出晶体管能够让输出端随意切换gnd、vdd，这使得D音频功放的输出最终为高频方波，大部分D音频功放开关频率在250khz到1.5mhz间，音频的输出信号可以调制输出方波的脉宽，和内部振荡器锯齿波相比较能够获取pwm信号。此调制方法为自然采样，三角波的振荡器发挥采样时钟的作用。输入信号电平、方波的占空具有正比关系。不存在输入信号时，其输出波形具有百分之五十的占空比。要想提取半桥式的D音频功放信号，应把D放大器输出信号发送到低通滤波器，经过滤波器以后，便可以获取放大后的音频信号。

免滤波式的D音频功放是近年来出现的一种调制方案。原有D放大器对LC外部滤波器有一定需求，使得电路板空间、方案成本等方面大大增多，有时会由于非线性滤波元件而将额外的失真引入。在采用免滤波器方案后，D放大器的外部滤波器需求大大降低甚至省略。免滤波式D放大器能够在不借助LC外部滤波器的情况下，有效提取输出中的音频信号，通过扬声器负载电感、人耳听觉特点等将音频信号恢复正常。扬声器线圈的电感、电阻能够产生1级滤波器，此1级滚降能够恢复绝大部分扬声器的音频信号，里面其电阻对高频开关的能量消耗过多，即便依然有部分开关能量残余，导致扬声器的组件进行运动，也不会妨碍人们听觉感受，让人耳不能听到[1]。

（二）AB音频功放概况

一般来说，AB音频功放主要在线性区工作，具备价格低、引用容易、音频性能好、性能成熟等多种特点，因此在小功率的音频功放领域一直处在主流地位。对于便携设备来讲，扬声器的放大器应用AB音频功放较多，功率的最大输出约为1W，这种放大器通常采用btl负载桥接输出，也就是不用输出的耦合电容，能够直接连接到扬声器上。btl结构AB音频功放的内部主要是反向放大器，串接方式为两级串接。对输入信号进行一级放大以后，还会通过一个反相放大器，其一级增益是1，这样一来，vo1和vo2输出端便能够获取相位相反、幅度相同的信号，并且vo1和vo2有相同的信号直流偏置，这使其能够加载于扬声器的负载，无需担心扬声器被烧毁，如图1所示。

图1AB音频功放

二、便携电子设备音频功放比较

在便携电子设备中比较不同的音频功放时，一般应从性能、效率两点入手，AB音频功放与D音频功放的具体比较如下。

（一）音频功放性能比较

AB音频功放与D音频功放相比具有更良好的性能，不但有较高的psrr绝对值，而且thd+n也相对较低。在具体使用过程中，AB放大器不会出现咔哒、噼啪等声音，也就是噪声较小，其关闭时间、开始时间短。与此同时，D音频功放通常在非线性区工作，经常会形成高频谐波，虽然谐波的频率比可听波的频率要高出很多，人耳并不能听到，但是依旧容易干扰天线、手机等，使其灵敏度大幅降低，并且不能正常工作。因此，干扰大是D放大器亟待解决的问题之一，应最大限度地减少电磁干扰。

（二）放大器效率比较

D放大器输出级主要在开关状态下工作，这使得D放大器比AB放大器效率高出很多。平均来看，D音频功放综合效率高达百分之八十，相比之下，A音频功放综合效率仅为百分之五十左右。通常放大器效率和功率成反比的关系，如果放大器有更高的效率，那么其功率的浪费便会更低。这样一来，对设计人员有两点好处。一是D放大器在使用后能够让电池原有使用时长延长，二是D放大器散热比AB放大器散热少，简化了结构热设计。

三、便携电子设备音频功放前景

目前，大量音频产品都运用了AB音频功放，由于此种音频功放具备信号放大性能，因此相对适用于小功率喇叭、耳机等设备。然而，若使用者对大音量和大功率的输出有较高要求，那么效率低下就限制了AB功率放大器实际应用。相比之下，D音频功放的效率更高，因此十分适用于功率、音量输出大的场合中。

与此同时，D音频放大器虽然电池寿命长、功耗低、发热少且效率高，但是D音频功放有电磁干扰情况存在，并且其价格适中居高不下，使得AB音频放大器变成低档、中档收集的主流选择，而且线性AB音频功放属于低噪声放大器，成本优势明显[2]。因此，AB音频功放与D音频功放在音频市场中形成了激烈的竞争，部分场合同时配备了AB音频功放与D音频功放，二者自由切换，从而让自身技术需要得到满足。整体来看，人们针对AB音频功放与D音频功放发展趋势的问题，普遍认为D音频功放更具发展前景，伴随音频技术日益完善，D音频功放将会在未来音频领域占主导地位，改变当前AB音频功放与D音频功放不相上下的状况，一些厂家和音频领域专家还预测AB音频功放最终将完全被D音频功放所代替。

结语：总而言之，研究便携电子设备音频功放具有重要的意义。相关人员应对便携电子设备音频功放的AB类型与B类型有一个全面了解，能够科学地比较不同音频功放的性能、放大器效率等方面，充分把握音频功放未来发展前景，从而使便携电子设备得到不断改进与完善。

参考文献：

[1]乔治.大联大世平集团推出基于NXP产品的多个智能手机用智能音频功放解决方案[J].电信工程技术与标准化,2017,30(08):91.

[2]廖海庭,陈栋梁.《音响设备原理与维修》实践教学体会——谈音频功放输出级静态电流的稳定与调试[J].科技资讯,2019，(29):110.