1、D 類音頻功率放大器（Class D Audio Power Amplifier近二十年來電子學課本上所討論的放大器偏壓（Bias）分類不外乎A類、B類、 C類等放大電路，而討論音頻功率放大器僅強調A類、B類、AB類而卻把D類 放大器給忘掉了，事實上 D 類放大器早在 1958年已被提出（注一），甚至還有 E 類、 F 類、 G 類、 H 類及 S 類等（注二），只是這些類型的電路與 D 類很接近，運 用機會低，所以也就很少被提及。音頻功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率輸出，而衛衍生與電源 所供給功率不對等的關系，即所謂功率放大器的效率（輸出功率與輸入功率之比） 如表一所示:偏壓分類A類

2、AB類B類D類理想效率25%介于A與B類之間78.5%100%表一各類功率放大器的效率比隨著輕、薄、短、小手持電子裝置的發展，諸如手機、 MP3 、 PDA 、 IPOD 及LCD TV數位家庭等，尋求一個省電的高效率音頻功率放大器是必然的。因 此最近幾年音頻功率放大器由 AB 類功率放大器轉以 D 類功率放大器為主流。如 圖 1所示（注三），在實際應用上 D 類放大效率可達 90%以上遠超過效率 50%的 AB類放大。所以D類放大的晶體管散熱可大大的縮小，很適合應用于小型化的A類放大器（又稱甲類放大器）的特點是不論是否輸入信號，其輸出電路恒有電流流 通，而且這種放大器通常是在特性曲線的線性范

3、圍內操作，如圖2所示，以求放大后的 信號不失真。所以它的優點，是失真度小，信號越小傳真度越高，最大的缺點是“功率 效益”（Power Efficiency）低，最大只有25%,不輸入信號時絲毫不降低消耗功率， 極不適合做功率放大。但因其高傳真度，部分高級音響器材仍采用A類放大器。IcIc靜態直BE圖1輸出液電負我線IcIc靜態直BE圖1輸出液電負我線4圖2（a）、（b）皆屬A類放大器，設計時讓Vce=1/2Vcc，以求最大不失真范圍。注意到V. CECCi不輸入時仍有0.5VCC/Rl的電流流過晶體管,所以晶體管需要良好的散熱環境 由于“共 集極”組態（圖2（a） Common Collect

4、or組態又稱“射極跟隨器”）轉移特性曲線較“共 射極”組態（圖2（b） Common Emitter組態）有較佳的線性度（亦即失真較低）及較低 的輸出組抗，因此，同屬于A類放大器，射級隨耦器卻較常被當成輸出級使用（“共射 級”組態較常被當成“驅動級”使用）。圖2 A類放大器B類功率放大器(乙類功率放大器)是工作點在特性線極端處的一種放大器，如圖1所 示。當沒有信號輸入時，輸出端幾乎不消耗功率。所以，若將上圖的左圖Vbb拿掉， 則根據定義，這種零偏壓的電路就是一種B類放大器。然而，由于它的靜態點在(c， 0)處，因此，對于一個正弦波輸入信號，它的輸出端波形只剩半個周期是可以預期的。VScMVMV

5、-Vce圖1B類功率放大器電路圖Q1截止而Q2導通，結果形成輸出端負半周正弦波，如圖2虛線解決上述問題的方法，是將另一半周期的信號以一 PNP型BJT與原射級跟隨器相接， 形成所謂的“互補式射級跟隨器(Complementary Emitter Follower)又稱為“B 類推挽式放大器”(Class B Push-Pull Amplifier)，如圖1所示。其動作原理，在 V的正半周其間，Q1導通且Q2截止所以，形成圖Q1截止而Q2導通，結果形成輸出端負半周正弦波，如圖2虛線IcIc負載線IIcIc負載線I匚輸岀波形X 靜態點靜態點交越失VI輸入彼形圖2b類功率放大器特性圖交越失由于B類推

6、挽式放大器在無輸入信號時不消耗功率，因此它較A類放大器有更高 的最大功率效益(可達78%)。然而，由于推挽式放大器的信號振幅范圍有一段是在 特性線的非線性區域上，因此導致嚴重的失真，如2所示，這種失真我們稱它做“交 越失真”(Cross-Over Dis tor tion)。為了改善這種情形，所以有了 AB類放大器， 見下篇。% 圖3 B類雙端推挽放大器圖4 交流信號輸入示意圖入示意圖AB類功率放大器（又稱-甲乙類功率放大器）（Class AB Amplifier）前面提到的B類推挽式放大器的交越失真，是由于信號大小在-0.6VVi0.6V之間時，QI、Q2皆無法導通所引起的，因此，如果我們在

7、Q1及Q2的V之間加上兩個0.6VBE的電池，使輸入信號在土0.6V之間大小時，Q1、Q2也可以導通（彷佛一個A類放大器 有加上V偏壓一般），以降低失真，這種情形，就是AB類放大器，如圖1所示。BB圖1 AB類放大器AB類放大器所產生的失真雖然比B類放大器小但這項改進所付出的代價是待命功率的浪費及功率效率的損失。G類放大器一般用于高頻電路，這里不再敷述。2(b)AB類放大器消除交越失真的情形lcQI的特性曲線瑜出信號圖4AB類放大器對于交叉失真的改善情形各種類型放大器優缺點比較：A類放大器B類放大器AB類放大器C類放大器工作點位置負載線中點負載線截止點負載線中點與截止點之間負載線截止點以下的區

8、域導通角度0=3600=180180。0360。00t324SVo圖6 PWM產生器+12V10GK10GK1CnF324100K 叫100K-312324+ 12V1010K L n且必：+仙P39XD.1uFt324SVo圖6 PWM產生器Gain (V.V)GainMBRi tkQ)Ri (KQ)c3FswVdc(V)3.915.03&1C6.8nF660KHZ128.2183S2103.3nF660KHZ128.321.5394.76.3nF660KHZ1212.C21.6120102.2nF610KHZ1217.424.8324.73.3nF660KHZ1225.528.11204.

9、72.2nF610KHZ125.615.056108.2nF670KHZ248.2183S2105.c-nF720KHZ2411.&21.5564.78.2nF670KHZ2412.C21.6120104.7nF620KHZ2417.424.8324.75.6nF720KHZ2425.528.11204.74.7nF620KHZ2433. C30.4 表二 MP33 D ,7720 增了益、調制頻率2電容的關係表四、MP7720電路分析D 類放大器的常見業者有 ADI、Cirrus Logic、MAXIM、Motorola、NS、 Philips、Sanyo、ST、TI等，圖7電路所示為Mon

10、olithicPower公司所生 產的MP7720應用電路，提供20W的輸出功率(Vdd=24v),放大倍數由R4,R1R決定，Av=- , C3負責調制頻率的大小如表二所示，電路頻率為720KHz, R 3i而R3,R2決定放大器工作點的偏壓。O9.5V to 24VR31 DDkilH2 1D0ku5 OFF ONOENVDDPIN卩GNDMP7720NINB-SAG NDSWR31 DDkilH2 1D0ku5 OFF ONOENVDDPIN卩GNDMP7720NINB-SAG NDSWAW R4 &?kfj+ C64；470jiF35VC7R5C1239DpFWF16VR1IQkQHH

11、o10pF表二MP7720典型應用電路CSD.47jjF bDV METAL五、結論D 類放大器由于具有高效率、省電及體積小的特點，隨著掌上型、行 動式、掌上型裝置的發展，其音效部分大都以 D 類放大器為主流，因此在電 子學的教學方面應多加強調，尤其 PWM 電路觀念的介紹，對學習電子、信 息及電機領域的同學幫助很大。六、參考數據注一 ：Class D Audio Amplifier,Analog Dialogue 40-60,June(2006), HYPERLINK 注二 ：Solid State Radio Engineering”,Herbert L.Krauss ,1980 竹一出版社注三:Sergio Sanchez Moreno (ColdAmp)