在過去的幾十年里，音頻內容已經取得了長足的進步，從經典的電子管放大器到現代媒體播放器，技術進步改變了數字媒體的消費方式。在所有這些創新中，便攜式媒體播放器以其充滿活力的音質和超長的電池壽命成為消費者的首選之一。那么它是如何工作的，以及它聽起來如何那么好。作為一個電子愛好者，這個問題總是浮現在我的腦海中。盡管揚聲器技術取得了進步，但放大器方法的改進發揮了重要作用，這個問題的明顯答案是D 類放大器。所以在這個項目中，我們將借此機會討論 D 類放大器并了解它的優缺點。最后，我們將構建放大器的硬件原型并測試其性能。聽起來很有趣吧！所以讓我們開始吧。

如果您對音頻放大器電路感興趣，您可以查看我們關于我們使用運算放大器、MOSFET 和 IC（如TDA2030、TDA2040和TDA2050 ）構建電路的主題的文章。

D類放大器的基礎知識

什么是 D 類音頻放大器？最簡單的答案是，它是一個開關放大器。但是為了了解它的工作原理，我們需要了解它的功能以及開關信號是如何產生的，為此，您可以按照下面給出的框圖進行操作。

那么為什么要使用開關放大器呢？這個問題的明顯答案是效率。與 A 類、B 類和 AB 類放大器相比，D 類音頻放大器的效率可高達 90-95%。AB 類放大器的最大效率為 60-65%，因為它們工作在有源區并表現出低功率損耗，如果將集電極 - 發射極電壓乘以電流，您就會發現這一點。要了解有關該主題的更多信息，請查看我們關于功率放大器類別的文章， 其中我們討論了所有相關的損耗因素。

現在，回到我們的D 類音頻放大器的簡化框圖，正如您在同相端看到的，我們有音頻輸入，在反相端，我們有高頻三角信號。此時，當輸入音頻信號的電壓大于三角波的電壓時，比較器的輸出變為高電平，當信號為低電平時，輸出為低電平。有了這個設置，我們只是用高頻載波信號調制輸入音頻信號，然后連接到 MOSFET 柵極驅動 IC，顧名思義，驅動器用于驅動兩個 MOSFET 的柵極側和低側一次。在輸出端，我們在輸出端得到一個強大的高頻方波，我們通過一個低通濾波器階段來獲得我們最終的音頻信號。

構建 D 類音頻放大器電路所需的組件

現在，我們已經了解了 D 類音頻放大器的基礎知識，我們可以開始尋找組件來構建DIY D 類放大器。由于這是一個簡單的測試項目，因此組件要求非常通用，您可以從當地的愛好商店中找到其中的大部分。下面給出了帶有圖片的組件列表。

構建 D 類功率放大器的零件清單：

IR2110 集成電路 - 1

Lm358 運算放大器 - 1

NE555 定時器IC - 1

LM7812 集成電路 - 1

LM7805 集成電路 - 1

102 pF 電容器 - 1

103 pF 電容器 - 1

104 pF 電容器 - 2

105 pF 電容器 - 1

224 pF 電容器 - 1

22uF 電容 - 1

470uF 電容 - 1

220uF 電容 - 1

100uF 電容 - 2

2.2K電阻 - 1

10K 電阻 - 2

10R 電阻 - 2

3.5 毫米音頻插孔 - 1

5.08 毫米螺絲端子 - 2

UF4007 二極管 - 3

IRF640 MOSFET - 2

10K 裝飾鍋 - 1

26uH電感 - 1

3.5 毫米耳機插孔 - 1

D類音頻放大器-示意圖

我們的 D 類放大器電路原理圖 如下所示：

在 PerfBoard 上構建電路

從主圖中可以看出，我們在一塊穿孔板上制作了電路。因為，首先電路非常簡單，其次如果出現問題，我們可以快速輕松地對其進行修改。我們在銅線的幫助下完成了大部分連接，但在某些最后階段，我們不得不使用一些連接線來完成構建。完成的穿孔板電路如下所示。

D類音頻放大器的工作

在本節中，我們將遍歷電路的每個主要模塊并解釋每個模塊。這款基于運算放大器的 D 類音頻放大器由非常通用的組件組成，您可以在當地的愛好商店中找到它們。

輸入電壓調節器：

我們首先使用 5V 穩壓器 LM7805 和 12 伏穩壓器 LM7812 調節輸入電壓。這很重要，因為我們要用 13.5V 直流適配器為電路供電，而為 NE555 和 IR2110 IC 供電，需要 5V 和 12V 電源。

帶有 555 非穩態多諧振蕩器的三角波發生器：

從上圖可以看出，我們使用了一個帶有 2.2K 電阻的 555 定時器來產生一個 260KHz 的三角信號，如果您想了解更多關于 Astable Multivibrator 的信息，您可以查看我們之前關于555 Timer Based Astable Multivibrator的帖子電路，我們已經描述了所有必要的計算。

調制電路：

從上圖中可以看出，我們使用了一個簡單的 LM358 運算放大器來調制輸入音頻信號。說到輸入的音頻信號，我們使用了兩個 10K 輸入電阻來獲取音頻信號，并且由于我們使用的是單電源，因此我們連接了一個電位器來抵消輸入音頻中存在的零信號。當輸入音頻信號的值大于輸入三角波時，該比較器的輸出將為高電平，在輸出端，我們將獲得調制方波，然后將其饋送到 MOSFET 柵極驅動器 IC。

IR2110 MOSFET 柵極驅動器 IC：

由于我們正在處理一些中等高頻，我們使用了 MOSFET 柵極驅動器 IC 來正確驅動 MOSFET。所有必要的電路都按照IR2110 IC 數據表的建議放置。為了正常工作，該 IC 需要輸入信號的反相信號，這就是為什么我們使用BF200高頻晶體管來產生輸入信號的反相方波。

MOSFET 輸出級：

從上圖中可以看出，我們有 MOSFET 輸出級，它也是主要的輸出驅動器，因為我們正在處理高頻和電感，所以總是涉及瞬態，這就是為什么我們使用一些 UF4007 作為反激防止 MOSFET 損壞的二極管。

LC 低通濾波器：

MOSFET驅動級的輸出是高頻方波，這種信號絕對不適合驅動揚聲器等負載。為了防止它，我們使用了一個 26uH 電感和一個 1uF 無極性電容來制作一個低通濾波器，記為 C11。這就是簡單的電路功能。

測試 D 類放大器電路

從上圖中可以看出，我使用了一個 12V 電源適配器為電路供電。由于我使用的是價格實惠的中國產品，它發出的電壓比 12V 略高，準確地說是 13.5V，非常適合我們的板載 LM7812 穩壓器。作為負載，我使用的是 4 歐姆、5 瓦的揚聲器。對于音頻輸入，我使用的是帶有 3.5 毫米長音頻插孔的筆記本電腦。

當電路通電時，不會像其他類型的放大器那樣發出明顯的嗡嗡聲，但是正如您在視頻中看到的那樣，該電路并不完美，并且在較高的輸入電平下會出現削波問題，所以這個電路有很大的改進空間。當我驅動中等低負載時，MOSFET 根本沒有變熱，因此對于這些測試，它不需要任何散熱器。

進一步增強

這個D類功放電路是一個簡單的原型，有很大的改進空間，我這個電路的主要問題是采樣技術，需要改進。為了減少放大器的削波，需要計算適當的電感和電容值以獲得完美的低通濾波器級。與往常一樣，可以在 PCB 上制作電路以獲得更好的性能。可以添加一個保護電路，以保護電路免受過熱或短路的影響。