D类放大器的效率与AB类放大器的比较

2006-11-14 10:40:43来源: 电子工程专辑

众所周知,D类音频放大器有很多优点,而其中最重要的一个优点就是它的效率要远比AB类放大器的效率高。现在虽然大家都承认这一优点,但是对于其中的理解和认识还是很不相同的。不少人都认为AB类放大器的效率通常是70-80%,而D类放大器的效率则可以达到80-90%。所以D类放大器的效率大约可以比AB类放大器效率高10-15%左右。

如果是讨论在最大功率输出时的效率,那么这个结论是不错的。但是,在几乎所有实际使用的音频功率放大器并不是一直工作在最大功率输出的情况下,尤其是在播放音乐是就更不是如此。

对于一个音频信号,我们通常采用峰值因素(峰值/有效值)来代表它的峰值功率和平均的有效值功率的比例。例如,对于语音信号来说,它的峰值因素大约为8dB。但是对于音乐信号来说这个比例就有很大的差别。大部分音乐信号的峰值因素在15-16dB左右。这可以用图1的示意图来说明。



从图中可以看出,假定音乐信号和正弦波的峰值功率都是2瓦,因为正弦波的峰值功率和有效值功率之比为3dB,所以正弦波的平均功率为1瓦,而音乐信号的峰值因素大约为15dB,所以其平均功率就只有63毫瓦。

在播放音乐信号时,用AB类放大器和D类放大器二者在效率上的差别就不是简单的15%的差别了。我们可以从两种放大器的效率曲线来看出。

 

从图中可以看出,尽管AB类放大器的效率在满功率输出时的效率也可以达到78%,而D类放大器在满功率时的效率也只有86%。但是它们在低输出功率时的效率就相差很大,在输出功率为2瓦时,AB类的效率只有24%,而D类放大器的效率仍然有82%。D类放大器的效率要比AB类放大器的效率高出3.4倍。而在播放音乐时,大多数时间是处于低功率的情况。所以D类放大器在效率上的优势就十分明显了。

假定其峰值功率为2瓦,那么对于正弦波的平均功率就是1瓦,而对于峰值因素为9dB的语音信号,其平均功率就只有0.25瓦,而对于峰值因素为15dB的音乐信号来说,其平均功率就只有0.063瓦。它们在用AB类和D类放大器播放的时候,在效率上的差异就十分巨大。

 

这可以很形象地用下面的饼图来说明:

 

从这个图中可以看出,AB类放大器只有12%的输入功率变成有效音频功率输出了,而有将近88%的输入功率都变成热量耗散了。而D类放大器的75%输入功率都变成了有效的音频输出功率,只有25%的输入功率变成热量耗散了。正因为如此,所以具有相当大输出功率的D类放大器都不需要采用散热器。这也是D类放大器的另一个最大的优点。

D类放大器的高效率最明显地表现在利用电池作为电源的便携式设备中。这通常也是这类产品的一个最大卖点。就像手机的待机时间一样,所有便携式音响设备,像随身听、MP3、等等,采用D类音频放大器以后其工作时间就大大增加了。或者说其电池的续航时间大大增加了。通常要比采用AB类放大器增加2-3倍时间。这就不是什么10%到15%的不同,而是本质上的区别。

 

同样,效率的提高,对于耗电很高的电视机、音响设备、家庭影院来说也是具有十分重要意义的。因为这些设备的全国装机数量是非常巨大,从而对于国家的能源节约也是具有极其重大意义的。最近欧盟又提出了要对十四种家电设备的待机耗电加以限制,而本来已经把待机能耗从3瓦降低到了1瓦。现在还要进一步降低。那么对于在正常工作时的能耗加以降低就更显得重要了。就拿电视机来说,我国的电视机装机数量高达4亿台,假定每台电视机额定(RMS)音频功率为10瓦,平均每天的使用时间为3小时,一半为播放语音,一半为播放音乐。那么很容易计算出,采用D类放大器以后,每年可以节约25.7亿度电。这个节约是相当可观的。所以在所有的音响设备中全部改用D类放大器看来也已经到了应该加以立法的时候了!

关键字:音频  功率  平均  峰值

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