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什麼叫做數字功放？它的電路原理是什麼？

數字功放是什麼？數字功放就是數字音頻功率放大器，它放大的是0與1的數字信號，而我們熟悉的模擬功放，它放大的是在時間軸上連續變化的電壓或電流信號，其信號的幅度與聲音的強弱成正比例關係。與數字功放相比，模擬功放顯得直觀且易理解。

據題目問的什麼是數字功放？開頭只是做了簡單的述說數字功放與模擬功放的概念。到底什麼是數字功放呢？簡單的來說，數字功放就是功率放大級完全處於開關狀態的放大器。我們熟知的音頻功率放大器有甲類放大器、乙類放大器、甲乙類放大器、丁類放大器，也就是（A、B、AB、D）類放大器，如此分類是按照其工作特點來分的。如果從信號形式來看，前三類放大器處理的都是模擬信號的，是模擬音頻功率放大器，即模擬功放。而後者是處理數字信號的，是數字音頻功率放大器，即數字功放。

因此看看這四類放大器是什麼？

甲（A）類放大器；指電流連續的流過所有輸出器件的一種放大器。此類放大器優點是比其它類型放大器的線性度好，較簡單功率低。適應於小信號或低功率中的應用。乙（B）類放大器；指導通時間為百分之五十的一種放大器。

甲乙（AB）類放大器；其是A與B類放大器的組合，結構與B類放大器類似。因為它採用一種向每個晶體管提高小偏置電流的電路，所以每個晶體管都不會被徹底的擊穿了。既然說其是A與B類放大器的結果，那肯定有它們的"血統"。因此，它繼承了A類放大器的功耗大，可是它的失真確低多了。它繼承B類放大器的是同樣採用兩個晶體管配合完成任務，所以整體性好。

上面述說了模擬功放，最後就是數字功放，丁（D）類放大器。它的晶體管只做開關使用，控制流過負載電流方向，於是其輸出級功耗低。既然提到其功耗，它的功耗主要來自於輸出晶體管導通阻抗、開關損耗、靜態電流這三方面，最後以熱量形式散發掉。因此，D類放大器對散熱件要求大大的降低，甚至可省略掉。所以說，這類放大器非常適用於緊湊型大功率場合的應用。

由於丁類放大器處於開關工作狀態，也就是隻輸出0與1的信號，也受到了廣泛的應用。所以把它稱之為數字音頻功率放大器，即數字功放。從理論上來說，數字功放擁有100%的效率，實際上只有百分之九十以上，那跟模擬功放比起來損耗低多了。

數字功放原理

數字功放主要由信號調製、功率放大、輸出濾波三部分組成。首先，信號調製信號部分負責把輸入的模擬音頻信號轉換為可驅動場效應功率管的脈寬調製信號。此時，把原來模擬音頻信號的幅度信息包含在脈寬調整信號寬度中。其次，功率放大部分負責把脈寬信號放大。因為脈寬信號只有高電平和低電平兩種狀態，所以這樣的信號來控制場效應MOSFET通與斷就能實現信號放大。又因為它是工作於開關狀態下的，所以場效MOSFET幾乎是沒有損耗的，因此它擁有極高效率（百分之九十以上的效率）。最後，輸出濾波部分負責把放大後脈寬信號中的高頻分量給濾除，於是得到了脈寬調製信號中攜帶的音頻成分。到這裡，輸入模擬音頻信號被還原，數字功放整個功率放大過程就全部完成。

在如今的數字音頻功率放大器領域，以它的功率放大級別來看，市場上有數字功放IC、中等功率模塊、大功率專業數字功放整機這三種。從這三種衍生出的產品每通道輸出功率低的不到一瓦，高的甚至數千瓦，幾乎是能滿足所有音頻功率放大需要。

例如數字功放IC，在我們用的筆記本電腦、DVD播放器、移動電話等就用到了。而中等功率模塊，在調音臺、汽車功放、一些專業有源音箱等就會用到。對於大功率專業數字功放整機，在影院、大型舞臺、流動演出隊等就會用到。

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數字功放，又稱開關功放、D類功放或丁類功放。數字功放工作時先將音頻信號轉換成“0”、“1”這類數字信號，經功率放大後再還原為模擬信號驅動揚聲器工作。由於電路工作於開關狀態，因此具有很高的效率，一般可達90%以上，並且失真小，動態範圍寬，在較低的電源電壓下即可輸出較大的功率。

數字功放的基本工作原理

數字功放一般由脈衝發生器、PWM電路、開關放大器及解調器等幾部分組成。脈衝發生器產生一個佔空比為50%的方波信號，音頻信號從Vin端輸入，對脈衝發生器輸出的方波信號進行脈衝寬度調製，這樣即可得到脈寬與輸入音頻信號幅度成正比的調寬脈衝信號。此信號經開關放大器放大（功率管工作於開關狀態）後，再經低通濾波器解調即可驅動揚聲器工作，這就是數字功放的基本工作原理。實際中的數字功放電路比這個還要複雜一些，不過現在市場上有很多物美價廉的數字功放IC，想製作數字功放一般沒必要再採用複雜的三極管分立元件來製作，直接根據電源電壓及輸出功率選用相應的數字功放IC即可。下面我們介紹一款物美價廉的立體聲數字功放電路，在5V電壓下，輸出功率即可達到2x3W。

立體聲數字功放電路

PAM8403是一款常用的低壓立體聲數字功放IC，其工作電壓範圍為2.5~5.5V，可以採用單節18650鋰電池或5V手機充電器供電，效率不低於90%。在電源電壓為5V，揚聲器為4Ω時，輸出功率可達2x3W。

PAM8403採用SOP-16封裝，其7腳和10腳分別為左右聲道輸入端，1腳和3腳為左聲道輸出端，14腳和16腳為右聲道輸出端。▲ PAM8403數字功放板。

上圖為成品的PAM8403數字功放板，其使用方法很簡單，在＋、-接入3~5V的電源電壓，音頻輸入端接入立體聲音頻信號，兩個輸出端接4Ω或8Ω揚聲器即可工作。

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數字功放的概念

顧名思義，數字功放就是將數字信號進行放大的放大器。數字信號只有0、1兩種狀態，所以放大器在對數字信號放大時，放大器完全可以工作在開關狀態(沒有交越失真了)，這樣就會大大減小功放管的靜態損耗，提高了效率。

數字功放也稱D類放大器，是一種具有失真小、噪音低、動態範圍大等特點的放大器。應用在音質功放電路上具有強大的透明度和保真率，其低頻的效果是傳統的功率放大器不可比擬的，在低音炮的音響上，數字功放的效果很好。數字功放價格相對來說較貴，而且應用數字功放對工程師的要求較高。但隨著集成技術的發展，數字功放的價格在逐漸下降。主要應用在汽車音響和要求較高的重低音有源音響中。

數字功放的原理

數字功放放大的是數字信號，所以為了實現數字功放，就必須將模擬信號轉化為數字信號，類似與AD轉換，得到的時一連串的0、1組合——PWM波。得到PWM後，對它進行功率放大。由於我們需要的還是模擬信號，所以我們還必須將PWM波通過濾波器變成模擬信號。所以，數字功放電路主要組成：電源電路、A/D轉換、功率放大、濾波電路。

無論是從電路設計還是PCB製圖的角度來說，數字功放電路的設計對工程師的要求較高。電路設計必須得考慮各種因素，而且一個數字功放電路的元器件成本價也得幾十、甚至幾百人民幣。好在數字功放的數據手冊上有滿足一定要求的電路原理圖和PCB佈局、佈線圖，如果真想自己做一塊數字功放的板子出來，一定要參考數據手冊。

電路解析式

數字功放就是能夠將數字信號進行功率放大的一種電路，也被稱為D類放大器或丁類放大器。由於數字信號只有高低電平之分，功放管只工作在截止和飽和狀態，所以管子的靜態功耗幾乎為零，電源轉換效率可以達到90％以上，和傳統的模擬功放相比最大的優勢就是省電。

數字功放基本原理

一、A/D轉換與PWM調製。要想實現模擬音頻信號的放大，首先就需要進行A/D轉換，將模擬音頻信號經過PWM調至後，轉換成脈衝密度與輸入信號呈比例關係的數字信號，信號電壓瞬時值越高，脈衝密度越大，電壓越低，密度越小，這樣就將模擬音頻信號調製在了數字脈衝密度中，以供後級的開關管放大。

二、功率放大。將模擬音頻信號轉換成PWM脈衝串後，再作為放大器的輸入信號控制大功率開關管進行功率放大，由於脈衝信號只有高電平和低電平，所以開關管只工作在飽和和導通狀態，自身損耗很小，放大效率很高，輸出電壓取決於電源電壓，電源電壓越高，輸出電壓越大，這樣我們就得到了放大版的脈衝波形。

三、濾波器輸出。經由前級開關管將脈衝波形放大之後，由於PWM脈衝頻率比音頻信號帶寬大的多，不能直接用來驅動揚聲器，所以還需要一個帶寬為20～20Khz的低通濾波器將音頻解調出來，還原原始音頻信號，驅動揚聲器發聲。

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理解這個問題需要有一定的模擬信號和數字信號處理的背景知識。簡單說：就是模擬信號經過PWM調製後，將調製後的高頻信號由開關電路（H橋類型的DC-DC電路）放大，並利用低通濾波器濾除高頻成分後輸入到揚聲器中。

特點

此外，數字功放具有失真小、噪音低、動態範圍大等特點，在音質的透明度、解析力，背景的寧靜、低頻的震撼力度方面是傳統功放不可比擬的。

原理

數字功放和DC－DC開關型逆變電路類似。輸入的音頻模擬信號經過PWM電路調製處理後，形成佔空比同輸入信號成一定比例的脈衝鏈，經過開關電路放大後，由低通濾波器濾除高頻成分，還原出已放大的輸入信號波形，由揚聲器放音。圖1為D類放大器的典型電路，採用場效應管H－橋式連接。眾所周知，從上述場效應管H－橋式電路輸出的脈衝波是不便直接驅動揚聲器發聲的。為了重現放大的音頻信號，輸出波形必須恢復到原來的正弦波。前幾年D類放大器的設計，大都採用低通濾波器來解決。由於音頻的頻帶範圍為20Hz～20kHz，而載波頻率通常是它的5倍以上，因此，濾除載波頻率的過程相當簡單，就是在揚聲器前面接一個截止頻率約為25kHz左右的低通濾波器。而在運用到重低音功放時，由於處理的是低頻，低通的截止頻率可以降低到5kHz左右。濾波器可根據性能要求採用Chebyshev、Butterworth或Bessel等電路。濾波器的設計要求較高，弄得不好會引起射頻干擾。為降低功耗，一般採用被動元件。

應用

由於功耗和體積的優勢，數字功放首先在能源有限的汽車音響和要求較高的重低音有源音箱中得到應用。隨著DVD家庭影院、迷你音響系統、機頂盒、個人電腦、LCD電視、平板顯示器和移動電話等消費類產品日新月異的發展，尤其是SACD、DVD Audio等一些高採樣頻率的新音源規格的出現，以及音響系統從立體聲到多聲道環繞系統的進化，都加速了數字功放的發展。近年來，數字功放的價格呈不斷下降的趨勢，有關這方面的專利也層出不窮。

在數字功率領域，現在有針對HIFI發燒友而出現了一種新的名詞“純數字功放"， 它直接傳輸數字信號，然後PCM數字信號升頻並重整時鐘後再經過PCM->PWM轉換，直接PWM對數字信號進行放大，PWM功率輸出再經過LC組成的LPF電路構成1BIT DAC後直接推動喇叭，帶來的好處時數字信號在傳輸過程中不會帶來相位廷遲、相位失真、交越失真等，聽感的好處就是聲音會更通透、定位更準、聲音更接近真實。

關鍵字: 數字 功放 科技