D类放大器初次提出于1958年，近些年已逐步流行起来。那么，什么是D类放大器?它们与其它类型的放大器比较怎么? 为什么D类放大器关于音频运用很有含义?规划一个“优质”D类音频放大器需求考虑哪些因素? 本文中企图答复上述一切问题。
音频放大器布景
音频放大器的意图是以要求的音量和功率水平在发声输出元件上从头发生实在、高效和低失真的输入音频信号。音频频率规模约为20 Hz～20 kHz，因而放大器有必要在此频率规模内具有杰出的频率响应(当驱动频带有限的扬声器时频率规模减小，例如，低声扬声器或高音扬声器)。输出功率才能依据运用状况改变规模很宽，从数毫瓦(mW)的耳机，几瓦(W)的电视(TV)或个人计算机(PC)音频，几十瓦的“迷你”家庭音响和轿车音频，到几百瓦和几百瓦以上大功率的家用和商用音响体系，以及剧场或音乐厅音响体系。
一种音频放大器的直接模仿完成运用晶体管在线性作业办法下发生一个与输入电压成份额的输出电压。正向电压增益一般很高(至少40 dB)。假如正向增益是反应环路的一部分，那么总的环路增益也会很高。常常运用反应环路，因为高环路增益能够改进功能，按捺因为正向途径中线性差错形成的失真，而且经过添加电源按捺(PSR)削减电源噪声。
D类放大器的长处
在传统晶体管放大器中，输出级包含供给瞬时接连输出电流的晶体管。完成音频体系放大器许多或许的类型包含A类放大器，AB类放大器和B类放大器。与D类放大器规划比较较，即使是最有用的线性输出级，它们的输出级功耗也很大。这种不同使得D类放大器在许多运用中具有显着的优势，因为低功耗发生热量较少，节约印制电路板(PCB)面积和本钱，而且能够延伸便携式体系的电池寿数。
线性放大器、D类放大器和功耗
线性放大器输出级直接衔接到扬声器(有些状况下经过电容器衔接)。假如输出级运用双极性结型晶体管(BJT)，它们一般作业在线性办法下，具有大的集射极电压。输出级也能够用互补金属氧化物半导体(CMOS)晶体管完成，如图1所示。
图1. CMOS线性输出级
功率耗费在一切线性输出级，因为发生输出电压VOUT的进程中不可防止地会在至少一个输出晶体管内形成非零的IDS和VDS。功耗巨细首要取决于对输出晶体管的偏置办法。
A类放大器拓扑结构运用一只晶体管作为直流(DC)电流源，能够供给扬声器需求的最大音频电流。A类放大器输出级能够供给优秀的音质，但功耗非常大，因为一般有很大的DC偏置电流流过输出级晶体管(这是咱们不希望的)，而没有供给给扬声器(这是咱们希望的)。
B类放大器拓扑结构没有DC偏置电流，所以功耗大大削减。其输出晶体管是以推拉办法独立操控，然后答应高端晶体管为扬声器供给正电流，而低端晶体管吸收负电流。因为只要信号电流流过晶体管，因而削减了输出级功耗。可是B类放大器电路的音质较差，因为当输出电流过零点和晶体管在通断状况之间切换时会形成线性差错(交越失真)。
AB类放大器是A类放大器和B类放大器的组合折衷，它也运用DC偏置电流，但它远小于单纯的A类放大器。小的 DC偏置电流足以防止交越失真，然后能供给杰出的音质。其功耗介于A类放大器和B类放大器之间，但一般更接近于B类放大器。与B类放大器电路相似，AB类放大器也需求一些操控电路以使其供给或吸收大的输出电流。
不幸的是，即使是精心规划AB类放大器也有很大的功耗，因为其间等规模的输出电压一般远离正电源或负电源。因为漏源极之间的电压降很大，所以会发生很大的瞬时功耗IDS×VDS。
D类放大器因为具有不同的拓扑结构(见图2)，其功耗远小于上面任何一类放大器。D类放大器的输出级在正电源和负电源之间切换然后发生一串电压脉冲。这种波形有利于下降功耗，因为当输出晶体管在不导通时具有零电流，而且在导通时具有很低的VDS，因而发生较小的功耗IDS×VDS。
图2. D类开环放大器框图
因为大多数音频信号不是脉冲串，因而有必要包含一个调制器将音频输入转换为脉冲信号。脉冲的频率成分包含需求的音频信号和与调制进程相关的重要的高频能量。常常在输出级和扬声器之间刺进一个低通滤波器以将电磁搅扰(EMI)减至最小，而且防止以太多的高频能量驱动扬声器。为了坚持开关输出级的功耗长处，要求该滤波器(见图3)是无损的(或接近于无损)。低通滤波器一般选用电容器和电感器，只要扬声器是耗能元件。
图3. 差分开关输出级和LC低通滤波器
图4是A类放大器和B类放大器输出级功耗(PDISS)的抱负值与 AD1994 D类放大器输出级功耗的测量值的比较。图中的曲线是指给定的音频正弦波信号的输出级功率与扬声器供给的负载功率(PLOAD)之间的联系。其间负载功率相对最大负载(PLOAD max)功率水平归一化，箝位的正弦波信号确保10%总谐波失真(THD)。图中的垂直线表明PLOAD开端箝位的方位。
图4. A类、B类放大器和D类放大器输出级的功耗比较
能够看出，关于多种负载其功耗显着不同，尤其是在高端和中端值负载条件下。在箝位开端之初，D类放大器输出级的功耗约是B类放大器的1/2.5，是A类放大器的1/27。应当留意，耗费在A类放大器输出级的功率比传递到扬声器的功耗大，这是运用大的DC偏置电流的成果。
输出级功率功率Eff界说如下：
在箝位开端之初，A类放大器的Eff= 25%，B类放大器的Eff=78.5%，D类放大器的Eff=90%(见图5)。关于A类放大器和B类放大器，这些最佳例子常常在教科书中引证。
图5. A类、B类和D类放大器输出级的功率功率比较
