D类功率放大器设计详解：对称架构与硬件电路实现

D类功率放大器电路设计与调试是一篇关于音频信号处理的专业文章，主要探讨了D类放大器在现代电子设备中的应用。D类放大器不同于传统的AB或B类放大器，它的工作原理是通过将输入的模拟音频信号或PCM数字信息转化为PWM（脉宽调制）或PDM（脉冲密度调制）的脉冲信号，这些脉冲信号再用来控制大功率开关器件的通断，从而实现高效能的功率放大。这种设计特别适合对功率和体积有严格要求的便携式设备，例如便携式音响系统。 文章首先介绍了系统设计的基本框架，包括高效率的D类音频功率放大器、信号变换电路以及外部测试仪表，通过系统框图（图1）展示整体结构。D类功放设计的核心是采用全电桥的对称型放大器，这种架构能够利用单一电源和小型化的优势，同时实现平衡输出和优化滤波性能。 在硬件电路设计部分，作者详细解释了D类放大器的工作过程。当模拟音频信号输入时，PWM调制器会根据信号幅度调整脉冲宽度，控制开关单元开关动作。接着，脉冲信号驱动脉冲功率放大器，通过功率低通滤波器转换成音频信号并推动扬声器发声。为了进一步提高效率，电路中采用了双路比较器LM311，它以单电源工作，通过比较音频信号和三角波来生成互补的PWM波，确保开关器件的适时开启和关闭，从而减少不必要的功耗。 文中还提到了比较器电路的关键特性，即使用两个偏置不同的三角波与音频信号进行比较，以产生同步的PWM波。这种设计策略有助于降低功耗并提升系统的稳定性。此外，全桥电路的使用使得负载上的电压峰值接近电源电压的两倍，从而支持单电源供电，简化了电路设计。 这篇文章深入浅出地讲解了D类功率放大器的电路设计方法，涉及了信号变换、短路保护、放大器结构选择以及硬件实现细节，对于理解和应用D类放大器有着重要的参考价值，是数字电路基础课中不可或缺的一部分。