D類音頻功放LC濾波器設計
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摘要 : D類音頻功放的LC濾波器如何設計，思路是怎么樣的，今天小編就給大家分享一個案例?？紤]到有些人沒接觸過D類音頻功放，我會先簡單介紹下D類功放的工作原理，然后D類功放為什么要用LC濾波器，再到LC濾波器設計具體過程。
LC串聯諧振的意義
D類音頻功放的LC濾波器如何設計，思路是怎么樣的，今天小編就給大家分享一個案例。
考慮到有些人沒接觸過D類音頻功放，我會先簡單介紹下D類功放的工作原理，然后D類功放為什么要用LC濾波器，再到LC濾波器設計具體過程。
我主要想說明思路過程，并指出里面的一些細節，為什么是這樣。我希望的是，有了思路，即使沒有任何文檔，遇到類似的問題，也能自己去分析。
D類功放工作原理
D類功放相對于A，B，C類來說更不好理解，因為它是需要調制的，看起來就是占空比不同的PWM波，波形看著與我們的音頻模擬波形一點都不像。
下面來看一看它的原理。
簡單理解就是：音頻信號與三角波高頻載波經過比較器進行比較，得到占空比不同的PWM波，然后將得到PWM信號通過MOS管對管，經過濾波器輸入到喇叭。調制后得到的PWM里面含有音頻分量，然后通過LC濾波器濾掉高頻載波還原成原始信號。
原理確實非常簡單，但是我們可能會有如下問題，僅僅理解以上內容還是遠遠不夠的。
為什么有的電路喇叭兩端用示波器量就是PWM波，但是卻能正常發出聲音？
LC濾波器該如何設計，L，C如何取值？
有的D類放大器要LC濾波，有的用磁珠就可以了，為什么？
還有的廠家的宣稱它們的放大器不需要濾波，用了什么技術？
下面來看看這些問題是怎么分析的。
典型的D類放大器電路
D類放大器，我們常用的方式是差分的方式，即兩個MOS對管中間接喇叭。下面就只分析這種差分方式，單端的分析方法也差不多。
首先，D類放大器是一個大類，主要區別在于有不同的調制方式，下面先介紹兩種，AD類，和BD類。
AD類是經過三角波調制后再反相，用了一個比較器。BD類是先將音頻信號反相，再將原信號和反相后的信號分別通過調制，用了兩個比較器，從圖中看不出來差別，下面來看看波形的區別。
紅色的為音頻信號，三角波是調制信號，我們可以很容易的得到濾波之前的差分輸出信號。從波形上看到，AD與BD的差分輸出有著明顯的區別，但是二者的電平都是高低變化，我們沒法從上面直接得到有用的信息，比如看不出來哪種效率更高，哪種輻射會小一些等等。
這時候，我之前的文章“信號在腦子里面應該是什么樣的”就要派上用場了，我們需要把輸出信號進行傅里葉變換，得到它們的頻譜，有了頻譜，就很容易看出差別。為此，我借助了Matlab軟件，分別畫出它們的頻譜。
注：為了減小Matlab軟件的計算量（計算量大了電腦會卡），我設定的音頻信號為1Hz，調制三角波為20Hz，雖然實際音頻信號頻率肯定是比1Hz要高的，但是分析結果應是一樣的。
下圖是用幅度為1，頻率為20Hz的三角波，來調制幅度為0.9，頻率為 1Hz的正弦波。
從上圖看出，調制之后的有用信號1Hz被保留，幅度都是0.9，兩種方式都是一樣的，這說明都能達到目的，包含了完整的音頻信號。
AD調制方式，除了有用信號1Hz在，還有調制三角波頻率20Hz的幅度也很大。而BD調制方式，20Hz頻率消失了，只存在更高的諧波。從這個角度說， BD的方式是要更好的，損耗降低了。
在音頻輸入為0的時候，也就是說放大器空閑，更能看出AD與BD的區別，如下圖：
在輸入為0的時候，AD方式的差分輸出為方波，而BD方式輸出為0，毫無疑問，BD方式功耗更低。
事實上，我們拿到了頻譜，就能知道很多事情了。
首先，這些開關信號實在看起來不像是模擬音頻信號，但是其確實包含了完整的音頻頻率信號在其中，所以直接通到喇叭也是可以正常響的，雖然額外多了高頻載波，但是頻率太高，超過人耳范圍，高頻分量是聽不見的。
其次，這些開關信號除了包含有用信號，還有豐富的高頻頻率，這些高頻頻率從調制頻率開始往上。這些高頻分量通到喇叭是沒有什么好處的，反而會額外帶來功率損耗，還有會造成EMI的問題。所以，我們需要一個濾波器來濾掉高頻分量。并且，因為驅動喇叭需要的功率較大，而RC濾波器會有額外損耗，所以，LC低通濾波器就自然而然被選中了。
最后，我們知道頻譜里面的高頻的頻譜分布，那么濾波器的截止頻率自然就出來了。截止頻率必須高于音頻頻率上限20Khz，而要小于三角波的調制頻率，在這個范圍內，截止頻率越低，去除高頻分量越好。
下面分享下上面波形的Matlab源碼，有興趣的可以去試試。
