D类功放的尴尬定位

1、D 类功放的尴尬定位作为一种新型的功放电路，D类功放（CLASS-D，俗称数字功放）凭借优秀 的指标及性能，给功率放大器市场带来一阵清风，给很多音频电路设计者带来 一阵兴奋和希望。我从05年就开始研究D类功放与其相关的产品，几年下来却 发现， D 类放大器部分指标的优秀，掩盖不了它在市场中的定位的尴尬，其大 量普及，尚需时日。先说D类功放最大的卖点-效率。这里的效率是指电声转换效率，功放简 单说就是一个把电能转变成声能（声音）的工具，理论上说，最理想的功放就 是把100%的电能转变为声能，即效率为100%，但实际应用中，A类（甲类）功 放的效率只有不到10%，而常用的AB类功放只有30-40%

2、，另外60-70%的电能 哪里去了呢？发热了。所以，A类功放或AB类功放在应用中，散热是一个重要的设计内容，这类 产品必须要加上或大或小的散热器。但D类功放却有着独特的优势，其转换效率高达80-90%，只有10-20%的电 能转变成了热量，由于发热很少，基本不需要加散热器，只要在PCB （印刷线 路板）设计中预留一点铜箔散热就足够了。同样的道理，因为电能的高度“节 约”，在一些供电电流不大或者电量不充裕的使用场合，比如USB供电（电流最 大500mA）和电池供电的应用中，D类功放是最合适不过的了。遗憾的是，以上就是D类功放所有的优点，说完了这个优点，就很难再找 到其他优点了，该说一下缺点了。第

3、一点，D类功放的窄电源特性，目前使用最普遍的小功率D类功放供电 电压多在4.5-5.5V之间，超过6V就很容易烧坏，而目前的D类功放很少有过压 保护，电压一高就玩完了，机器必然返修。当然有9V以上的大功率D类功放， 这类功放又不能使用5V供电（USB电压无法兼容，失去很多应用机会），因此 必须要配专用电源，而且该类功放在实际使用中，由于功率较大，体积又很 小，因此发热量也不小，一个散热器还是必须的，这块成本又省不下来了。第二点， D 类功放的失真敏感性。注意，我在这里使用了一个新词“失真敏 感性”。就是专门针对D类功放的失真度的。推广D类功放的芯片公司除了喜欢 标榜刚才我提到的“高效率”，还喜

4、欢说D类功放失真度很低，一般不到1%。事 实上， 1%的失真度指标是非常理想的， AB 类功放 1%的失真度是几乎听不出来 的，而国标也只是要求在10%以内就许可。但D类功放就不行了，1%的失真已 经能听出来有些杂音或破音，如果要达到 10%，估计来听音的消费者已经落荒 而逃了。所以在失真度方面，D类功放不但没优势，而是大大的劣势。第三点， D 类功放的价格。这里的价格分为两部分，一部分是芯片本身的 价格，另外一部分是外围部件的价格，外围部件的价格又分为两部分，一个是 供电的电源，一个是低通滤波器（LPF）。先说芯片价格，现在的D类功放的价 格已经是大幅度下降了。以小功率D类功放（2W+2W）

5、为例，05年德州一起的 TPA2000系列价格在15元人民币左右，而台湾的类似产品在8元左右。而现在 的价格仅仅要3-4元。大功率的仍然要9- 10元。尽管比以前有了明显下降。但 相比成熟的AB类功放。价格仍然偏高。比如现在使用量很大的2025（KA2206），电压范围3-12V，音质两好，价格只要不到0.7元，最大的缺点是 供电电压比较高的应用下，发热较大，需要良好的散热。另外就是体积偏大， 适合在空间比较充足的产品中应用。D类功放的外围部件电源和低通滤波器， 其实并不节约。尽管D类功放因为效率高，很多人以为对电源的电流要求并不 高，但事实并非如此。 D 类功放在播放大动态低频音乐的时候，电

6、流其实也是 非常大的，如果电源电流不够，其实一样不能使用，而电源的电流是和价格成 正比的。低通滤波器也比较尴尬，尽管现在D类功放宣称使用了无滤波器设 计，但在实际应用中，尽管不使用滤波器对音质的影响并无明显影响。但无滤 波器带来的另外一个问题就是EMI （电磁兼容）的不合格，作为一个正规的设 计，低通滤波器其实还是不能节省。考虑以上几个方面，D类功放的应用成本 还是偏高。综上所述，我们不难发现， D 类功放并没有宣称的那么好，也不可能在将 来革了普通功放的命，只有将D类功放做彻底的分析研究，了解了它的优势和 劣势，扬长避短，才能把它的优势真正发挥出来。个人觉得，D类功放最适合 的应用产品就是电

7、池供电的便携产品，这类产品往往体积较小，不适合放体积 较大的功放和散热器，D类功放的小体积和无需散热器的特点就非常适合。再 加上 D 类功放非常省电，特别适合电池长时间播放。再加上便携音响产品对音 质尤其是低频要求不高，所以D类功放最适合用在此类产品中。而大功率的D 类功放，除非也是多组电池供电（这类产品较少），如果使用外接电源，大功率的 D 类功放就无必要（除非是无散热器设计），所以相比小功率 D 类功放， 大功率 D 类功放更加尴尬。能使用 5V 供电的小功率 D 类功放还有个普遍的应用 就是在笔记本音箱上（使用USB供电），D类功放能把USB的500mA电流充分 应用好。但由于其过高的失

8、真敏感性，声音大的时候，听感往往不如 CMOS 工 艺的 AB 类功放（如 4863、2038 等），而 CMOS 工艺的 AB 类功放也具备小体 积的优点，和 D 类功放相比唯一的缺点就是发热稍多。所以在笔记本音箱上， 更多的厂家愿意使用这类功放。因此， D 类功放的应用范围其实被压缩的很厉 害，现在的处境其实是有些尴尬的，其实 D 类功放想有所突破，最需要解决的 就是把电压范围做宽，哪怕做到 6V 能稳定工作，当然涉及到半导体工艺，电压 范围做宽可能确实很难，但加上过压保护总是可以的吧。同时把功率做大些， 加大的功率并不一定要用完，是用来做功率裕量用的我的经验， D 类功放必须 5W 的当

9、 3W 甚至 2W 来用，才可能听不到明显的失真，或者学习德州仪器 的TPA0202低失真设计技术，才可能真正得到让消费者接受的音质。D类功放 也才能得到真正大量普及。总结 D 类功放优缺点D 类功率放大器的优点（ 1）能量转换效率极高，体积小，可靠性高。耗电量仅为同功率等级模拟 放大器的三分之一。其电源实际使用效率可以高达 90%以上，节约能源，也符合环保 要求。而B类放大器效率仅为78% （理论值，实际应该一般只有3040%）, A 类功放的效率就更低。由于 D 类功放极高的效率，半导体器件的温升明显减 小，失真率也就显著减小。（ 2）可连接的最低负载阻抗可以很低，并且无论负载阻抗高低而电

10、源转换 效率基本保持不变。（ 3）高、中、低频无相对相移，声音清晰透明，声像定位准确。由于采用 无负反馈的 16 放大电路、数字滤波器等处理技术，可以将输出滤波器的截止频 率设计得较高，从而保证在 20Hz20kHz 内得到平坦的幅频特性和很好的相频特 性。（4）瞬态响应好，即“动态特性”好。由于它不需传统功放的静态电流消 耗，所有能量几乎都是为音频输出而储备，加之无模拟放大、无负反馈的牵 制，故具有更好的“动力特征。由于D类功放采用的FET管导通的时候，Vds的 压降极小，故 D 类功放的输出音频电压最大幅度接近于供电电压。而线性功 放，由于静态偏置和 Vces 的影响，输出音频最大电压幅度

11、是和供电电压还有一 定差距，在低压系统中，这个现象更加明显。（5）无过零失真。传统功放一般都存在由于对管配对及各级调整不佳产生 的过零、交越失真。（6）直接接收 CD、DVD 等数字音源输出的同轴或光纤数字音频信号，可 以直接以数字信号的方式进行放大，体现了与数字音源的完美结合。（7）适合于大批量生产。产品的一致性好，生产中无需调试，可靠性好， 只要保证元器件正确安装即可。（8）不需任何附加装置可方便地实现遥控、群控和监测等功能。D 类功率放大器存在的不足（1）输出功率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。（2）功率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。（3）功率输出电路是用两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。（4）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分 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。造成扬声器的失真。（5）EMI 问