数字处理技术把功率放大器推上新高

    音响中用的功率放大器，常用的是A类或者AB类功放，近年来，利用脉宽调制原理设计的D类功放也进入音响领域。D类功放中的功率晶体管工作在开关状态，又称作数字功放。A类功放的保真度好，但效率甚低，不到10 %，用於高档的专业音响；AB类功放的保真度略为逊色，但效率可以达到20 %至40 %，主要用於汽车、家庭音响以及电脑上；D类功放的效率高达80 %至90 %以上，使用时不需要散热器，或者只需要一只很小的散热器，但是它的保真度和A类及AB类功放相比则大为逊色。理想的功放是保真度高，同时效率也高。Tripath Technology公司提供一种保真度好、效率高的音频功率放大器，其中的功率晶体管也是工作在关关状态，即D类，为了区别於用脉宽调制原理设计的D类功率放大器，Tripath把这种音频功率放大器称作T类功率放大器。

    用脉调宽制技术的D类功率放大器之所以音质差，原因在於：输出功率晶体管并不是纯粹的开关，也不是匹配得很好，会带来畸变；晶体管在接通和关闭的过程中，接地点的电位会出现波动，从而增大噪音；功率输出电路是用两只（或者四只）功率晶体管接成的桥路，一只功率晶体管导通，另外一只关闭，这之间存在死区；功率输出电路和扬声器之间用一只输出低通滤波器把音频以外的成份滤除，让音频信号进入扬声器，但不可能彻底滤除脉宽调制的载波，这也是造成失真的一个因素。
   
    T类功率放大器的功率输出电路和脉宽调制D类功放相同，功率晶体管也是工作在开关状态，效率和D类功放相当。它和D类功放不同的是，它不是使用脉冲调宽的方法。Tripath公司发明了一种称作"Digital Power Processing (tm) (DPP(tm))"的数字功率处理技术，它是T类功放的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP(tm)数字处理後用於控制功率晶体管的导通关闭，因而不存在脉宽调制D类功放的那些缺陷。音频功率放大器的失真用两个指标衡量：一个是THD+N（总谐波失真加噪音）指标，另一个是IMD（互调制失真）指标。如果在20 Hz至20 kHz频带上的THD+N指标低於0.2 %，IMD指标低於0.4%，就算是低畸变的了。黄燕彬介绍说，TA1101是输出10瓦的双声道T类功率放大器，它在音频频带上的THD+N为0.02 %，IMD指标为0.04 %，效率高於80 %。此外，T类功放的动态范围更宽，响率响应平坦，群延迟小。DDP(tm)的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。
  
    在T类功率放大器中，功率晶体管的切换频率不是固定的（D类功率放大器中调宽脉冲的频率是固定的），无用分量的功率谱不是像D类功率放大器那样是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上，例如从1.5 MHz至2.5 MHz的频带上，它的波形和扩谱技术的波形相似，因此，功率密度并不高，从而降低了对输出低通滤波器的要求，同时它产生的EMI也不像D类功率放大器那麽严重。虽说D类功放和T类功放所处理的是音频信号，但会产生EMI，这是因为这两种功放中的功率晶体管的切换频率比音频信号的最高频率高很多。在A类或者AB音频功放则不存在这种问题。所以，使用D类功放和T类功放的设计师需要有一点RF设计的知识，并针对EMI下点功夫，例如，合理布置输出低通滤波器的元件，使自已设计的产品符合电磁兼容性的要求。