D類(lèi)數(shù)字功放的基本原理是正弦脈寬調(diào)制（SPWM），要實(shí)現(xiàn)D類(lèi)功放必須具備以下條件：

　?。?）要有一個(gè)三角波或鋸齒波發(fā)生器，通常稱(chēng)為載波;

　?。?）要有一個(gè)電壓比較器，并將音頻信號(hào)（通常稱(chēng)為調(diào)制波）和三角波信號(hào)在比較器中進(jìn)行比較，這一過(guò)程也稱(chēng)為脈。調(diào)制;

　?。?）三角波的頻率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于正弦波的頻率，三角波的幅度要大于正弦波的幅度;

　　（4）要有一個(gè)驅(qū)動(dòng)電路和一個(gè)合適的功率開(kāi)關(guān)輸出電路。

　　一、脈寬調(diào)制電路

　　正弦脈寬調(diào)制（SPWM）的原理如圖1所示。

圖 1

　　正弦脈寬調(diào)制使用一只比較器，調(diào)制音頻正弦波加至比較器的同相輸入端，載波三角波加至比較器反相輸入端（兩個(gè)信號(hào)也可以反過(guò)來(lái)輸入）;當(dāng)滿足上述條件（3）時(shí)，比較器輸出正弦脈寬調(diào)制（S戶(hù)一WM）脈沖。

　　本文比較器選用雙電壓比較器LM393，LM393的引腳見(jiàn)圖2。

　　
圖2

　　三角載波選至NE555方波振蕩器的振蕩電容，有關(guān)NE555方波振蕩器的設(shè)計(jì)請(qǐng)參考有關(guān)文獻(xiàn)。則調(diào)制電路主要由時(shí)基電路NE555和電壓比較器電路LM393組成。下面以實(shí)際電路為例加以詳細(xì)說(shuō)明。

　　二、由時(shí)基電路NE555和電壓比較器LM393調(diào)制的OCL輸出D類(lèi)功放電路

OCL輸出形式的D類(lèi)功放電路見(jiàn)圖3。

　
圖3

　　由圖3可知，OCL輸出的D類(lèi)功放電路是一種半橋輸出電路，它由前述的調(diào)制電路、驅(qū)動(dòng)電路舊2304、功率場(chǎng)效應(yīng)管及濾波電路等組成。

　　1）NE555振蕩器

圖中NE555接成多諧振蕩器，利用其振蕩電容上的三角波作為調(diào)制電路的載波。由于R1=R2，所以振蕩電容CZ上的波形為正三角波，其振蕩頻率為：

　　f=1.44/（R1+R2）*C

　　當(dāng)R1=R2=36K、C2=200P時(shí)，f=100KHz。實(shí)際NE555的最高工作頻率可以高達(dá)500K日z，但是，由于驅(qū)動(dòng)電路IR2304的最高頻率為110KHz，所以選擇NE555的振蕩頻率為100KHz。

　　電路的其它參數(shù)：R3一R8=3K，LM393的3腳、5腳都偏置在1/2VCC上，C1=0.01u、C3=0.1u，D1=iN4148，DZ=FR107。

　　正弦調(diào)制波經(jīng)C3加至比較器LM393的同相輸入端3腳，其3腳直流偏直電壓為1/2VCC=6V，則比較器同相輸入端的調(diào)制信號(hào)為：

　　V+=6V+Uimsinwt三角波由NE555的6腳和2腳輸出，加至LM393的反相輸入端2腳;其SPWM調(diào)制波形見(jiàn)圖4。

　　
圖4

　　由于三角波的峰一峰值在1/3VCC一2/3VCC之l’ed（當(dāng)VCC=1ZV時(shí)，在4V一8V之間），所以，根據(jù)上述正弦脈寬調(diào)制的條件，調(diào)制正弦波應(yīng)該要加在直流（SV+4V）/2=6V上，其幅值也應(yīng)低于三角波;由波形圖可知兩種波形有一些相交點(diǎn)，當(dāng)正弦波的幅度大于三角波的幅度時(shí)，比較器輸出端1腳輸出高電平，反之輸出低電平，輸出頻率沒(méi)變，但脈寬（占空比）發(fā)生了變化，而且是按輸入正弦規(guī)律變化，輸出的SPWM波形既包含了輸入信號(hào)的頻率信息，又包含了輸入信號(hào)的幅度信息，還包含了信號(hào)的相位信息，經(jīng)輸出濾波后還原的就是不失真的輸入音頻信號(hào)。由波形圖還可知，在電源電壓12V時(shí)，輸入信號(hào)幅值可高達(dá)2V.

　　2）LM393電壓比較器

　　LM393內(nèi)含2個(gè)獨(dú)立的電壓比較器，每個(gè)電壓比較器類(lèi)似于一個(gè)增益不可調(diào)的運(yùn)算放大器。其主要特點(diǎn)為：1、失調(diào)電壓小于2mv;2、電源電壓范圍為2一36V或士1一18V;3、對(duì)比較信號(hào)的內(nèi)阻限制較寬;4、共模范圍寬;5、差動(dòng)輸入電壓范圍大;6、開(kāi)路輸出，輸出電平可靈活選擇。

　　由于LM393的輸出級(jí)是開(kāi)路輸出的，所以，比較器Al輸出1腳接一個(gè)上拉電阻R1。比較器A2作為反相器使用，其同相輸入端5腳由R7、R8兩只阻值相同的電阻分壓為1左電源電壓，當(dāng)A1輸出高電平時(shí)，A2輸出低電平;當(dāng)A1輸出低電平時(shí)，A2輸出高電平;則，A2輸出7腳與A1輸出1腳互補(bǔ)，A2輸出7腳由R8上拉。

　
圖5

　
圖6

　　3）場(chǎng)效應(yīng)管柵極驅(qū)動(dòng)電路
R2304場(chǎng)效應(yīng)管柵極驅(qū)動(dòng)電路選擇R2304，其引腳及內(nèi)部框圖如圖5、圖6所示。IR2304是輸入高有效并具有100ns死區(qū)的場(chǎng)效應(yīng)管或IGBT專(zhuān)用柵極驅(qū)動(dòng)電路，每一芯片可以驅(qū)動(dòng)一個(gè)橋臂，其高位管的驅(qū)動(dòng)電源是由其內(nèi)部自舉實(shí)現(xiàn)的。關(guān)于死區(qū)的概念說(shuō)明如下：由于功率開(kāi)關(guān)的關(guān)閉時(shí)間一般都比較長(zhǎng)，而較長(zhǎng)的可能使輸出橋臂的高位管和低位管同時(shí)導(dǎo)通，即產(chǎn)生所謂的直通故障;為了克服可能發(fā)生的直通故障，一般將橋臂高、低位兩只開(kāi)關(guān)管的驅(qū)動(dòng)脈沖前沿后移一段時(shí)間，從而避開(kāi)兩管同時(shí)導(dǎo)通的時(shí)間，這一后移的時(shí)間就叫“死區(qū)”Td。死區(qū)Td的設(shè)置原則是：Td=開(kāi)關(guān)管的Toff一Ton。如果開(kāi)關(guān)管選用IRF840，驅(qū)動(dòng)芯片R2304的死區(qū)是可以滿足要求的。

　　4）功率開(kāi)關(guān)及濾波電路

　　功率開(kāi)關(guān)管采用2只功率場(chǎng)效應(yīng)管，一般可選用IRF840，IRF840是具有寄生反向二極管的閃溝道功率場(chǎng)效應(yīng)管，參數(shù)為：500V/8A/RD=0.75歐，濾波電路采用LC低通濾波，L可選56uh，C選0.47uF。

　　三、BTL輸出的數(shù)字功放電路

　　BTL輸出的數(shù)字功放電路見(jiàn)圖7。

　　
圖7

　　圖7電路與圖3電路的區(qū)別是輸出為BTL形式，也就是全橋輸出電路，驅(qū)動(dòng)電路使用了2片IR2304并使用了4只功率場(chǎng)效應(yīng)管。電路的工作過(guò)程如下：當(dāng)A1輸出高電平時(shí)，IR2304（1）的2腳和IR2304②的1腳輸入高電平，則，高端管Q1和低端管Q4被觸發(fā)，Q1、Q4導(dǎo)通，電流流向?yàn)椋篤DD—Q1—L1一C6—C7一L2—Q4一地

　　四、結(jié)束語(yǔ)

　　這種使用NE555與LM393實(shí)現(xiàn)脈寬調(diào)制的D類(lèi)功率放大器，其輸出功率、效率、失真等主要指標(biāo)可與專(zhuān)業(yè)的D類(lèi)功放芯片媲美，電路使用通用元器件、造價(jià)低制作容易、無(wú)需調(diào)整、輸出功率可自行選擇和設(shè)計(jì)，非常適合業(yè)余制作。