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發表於 2010-7-31 18:56:10
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A類,AB類, B類,D類放大器的優缺點
From: DIGITIMES
當數位音訊資料處理完畢，成為類比聲音訊號後，須加以放大輸出，因此放大IC也是攸關音質高低的重要環節。
不過放大技術與音質的關連性，卻不能完全以音質的角度出發，以傳統的ClassA/AB放大技術來看，A類放大的音質最好，其原理是純粹的以類比訊號進行線性放大，音質沒有失真。
不過，A類放大雖具有最佳的信號傳真性，但是卻相當耗電，一般來說，電能利用率只有20%~30%，例如供應100W電力給A類放大裝置，最後真正輸出到喇叭發聲功率的只有25W左右，其餘的75W通通耗掉，除了電力效率不佳，高耗能也代表會產生高廢熱，常需要再放大電晶體上配裝大型的散熱片輔助散熱。對手持式裝置來說，高功耗與高熱都是設計上的原罪，開發者避之唯恐不及。
另一種B類放大設計，雖省電性較佳，但信號失真影響音質甚巨，因此衍生兼具兩者優點的AB類放大，在音質與省電性取得較能接受的均衡點，過去成為消費性音響領域最受歡迎的放大方式。
但目前在數位播放裝置，越來越講求整體電路配置空間縮小，並且降低功耗讓產品更省電，以維持電池續航力等種種發展趨勢下，於1958年就提出的D類放大(Class D Audio Power Amplifier)，目前成為當紅炸子雞。
D類放大利用的原理為PWM(Pulse Width Modulation)，作用方式類似於主機板上交換式電源概念，即利用數位頻率波型的疏密來輸出類比振幅的高低大小，頻率密則振幅高，反之頻率疏時則振幅降低。也因此運作模式，D類放大意被稱為數位式功率放大或數位功放。
D類放大省略了傳統AB類晶體放大，在做成大功率機型時所需的大型變壓器、超大濾波電容，可改以小電容與類似交換式電源供應模式(Switching Power)的小型變壓器取代，使得電能可以快速直接地驅動喇叭單體，此運作模式提供極高的電能利用率，純理論上是100%運用，實務上電能利用率也經常在80%、90%水準。
由上述驅動模式即可發現，D類放大電路當然在工作時不易產生高熱，所以可以免掉佔空間的散熱片，此外，由於採用PWM模式，D類放大電路所需的體積，會比傳統的功率放大線路小了許多，成本也較低，加上低耗熱優點，D類放大線路非常適合塞在小空間裡。
不過以音質的角度檢視，D類放大的缺點是以調變程序所形成的放大，其結果必然與原始信號有些出入，但在一般消費性產品的音樂播放上，其品質可被接受，甚至在目前的技術下，D類放大的音質越來越好，特別是在低瓦數的狀況下。
例如，以採用D類放大器IRS2092S D的IRAUDAMP5設計方案，與同等級AB類放大輸入比較，在1KHz、接4Ω負載時，80W以下區域，D類放大的THD+N實際上是低於AB類放大器，而在60W附近，D類放大的THD+N更是進步到了0.005%的水準。
只有在80W到140W區域，AB類放大的性能才稍高過D類放大，不過即使到的120W，D類放大的THD仍不超過1%。對於大部份數位音效裝置來說，很少用到高功率，低功率的情況比較常見，此時D類放大的反而佔有音質優勢。
D類放大的優劣評估，在於供電抑制率(Power Supply Rejection Rate; PSRR)以dB為單位，PSRR必須盡可能高。對於音質方面，則為總諧波失真加噪訊比(THD+N)要求，此點以百分比(%)為單位，THD+N則是盡量低，一般不超過10%，高標要求上還要低於0.1%、0.01%。不過THD+N建議與負載阻抗RI、輸出功率(Output Power)、PWM的調變頻率(f)等作比較，才能準確判斷。
此外，D類放大有獨特的電子特性，因此在音質評估時，必須注意EMI電磁干擾問題。因D類放大IC會持續、頻繁地進行電晶體的導通、關閉作業，所以很容易產生電磁干擾，對於音質當然有不利影響。因此越能降低電磁干擾散發度的產品越好，不過此點在空間與成本許可的情況下，可用金屬外殼加強屏蔽。
此外，許多D類放大IC在省電性、控制性、體積縮小、彈性、保護能力上都有所著墨，形成各家的特色，大部份與音質沒有太大的關係，不過有些設計如果太過頭，對於音質就會有影響。
例如一些D類放大IC減少後段的LC低通濾波電路品質，如使用更小的電容，或根本省去電容(Cap-Free)，甚至有些設計連外接電感都一?省去(LC-Free、Filter-Free)，直接將揚聲器的的音圈之漏電感來充當LC用，當然，此種D類放大IC能夠達到相當小的體積，因其輸出接腳可與喇叭、耳機直接相連。
雖此種設計方式可將體積縮至極小，但高頻部份未經過濾就直接輸出，喇叭不易將20KHz以上的頻率發聲，即便發出人耳也聽不到的20KHz以上的頻率，但如果省過頭，也可能對可聽範圍內的音質產生負面影響，D類放大IC的提供商有ADI, Cirrus Logic, MAXIM, Motorola, NS, Philips, Sanyo, ST, TI, TriPath等。 |
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發表於 2010-7-31 14:11:15
