式中：RL是揚聲器的直流電阻，RDSON是D類放大器內(nèi)部的輸出驅(qū)動器的晶體管導通電阻；RIND是電感的直流電阻。
圖4：實際的BTL電路輸出濾波器。
除了選擇合適的電感值以獲得某一特定的截止頻率之外，輸出電感的最大直流電阻是影響總體效率的另一個關鍵參數(shù)。因此，強烈建議采用直流電阻較低的電感。
對于電感而言，另一個必須考慮的重要參數(shù)是其最大額定電流。如果電感的額定電流不足以維持器件的輸出電流，則電感將起短路的作用。這將使器件或揚聲器受到大電流的傷害。
圖5：LM4680的應用框圖(LC輸出濾波器的取值確定)。
最后值得一提的是，為了降低失真、EMI和串擾，建議采用屏蔽式電感(例如：壺形鐵芯電感)。
壺形鐵芯以其卓越的屏蔽性能而著稱，這是因為除了用于穿越導線的兩個窄槽之外，電感線圈被磁芯完全包圍。
電容的選擇：在評價高頻片式電容的過程中，最重要的參數(shù)之一便是Q(品質(zhì)因數(shù))，或者相關的等效串聯(lián)電阻(ESR)。
簡單地說，ESR就是給定頻率條件下電容中的所有串聯(lián)和并聯(lián)損耗的衡量尺度。從理論上講，“理想”電容的ESR將為0Ω，并且是純電抗性的，沒有實部(阻性)分量。流經(jīng)電容的電流在所有的頻率上都將恰好超前電容兩端的電壓達90°。但是現(xiàn)實中，電容總會呈現(xiàn)出一定程度的ESR。
圖6：TOKO(A7503HY-270M)電感的封裝尺寸。
品質(zhì)因數(shù)Q是一個無量綱值，它等于電容的電抗與電容的寄生電阻(ESR)兩者相除所得的商。
由于電抗和電阻均會隨頻率而改變，因此，Q值將隨頻率的改變而發(fā)生巨大的變化。電容的電抗會隨著頻率或電容值的變化而出現(xiàn)極大的波動，因此會造成Q發(fā)生顯著的變化。
金屬薄膜電容能夠保持較高的溫度、頻率和電壓穩(wěn)定性。在常見的音頻系統(tǒng)中，強烈建議以金屬薄膜電容來替代陶瓷電容。與此同時，在使用電容時，另一個被稱為“額定電壓”的參數(shù)也是必須加以考慮的，以確保電容在其有效使用期內(nèi)無故障預期。
額定電壓：電容的額定電壓由下式計算：
為了從放大器獲得更加優(yōu)良的輸出信號和總體性能，輸出濾波設計毫無疑問是一個至關重要的因素，不過，電源濾波也會是一個值得關注的重要問題。
D類放大器中的電源濾波有2個目的。
1. 使D類放大器與電源噪聲隔離。
2. 對高頻噪聲進行旁路處理。在D類放大器設備中，至少包含兩組電源，即模擬輸入及控制(AVDD)和輸出晶體管驅(qū)動(PVDD)。
圖7：LM4681內(nèi)部電路框圖。
為了實現(xiàn)去耦電容，我們必須考慮峰值開關電流，以獲得一個最小電容。針對峰值開關電流的最小有效電容可由下式計算：
式中：為周期，DMAX為最大占空比，VRIPPLE為紋波電壓。
ESR在大多數(shù)場合中都會引起紋波電壓。由ESR和IPEAK產(chǎn)生的最大VRIPPLE為：
由上式我們注意到：ESR將會對電容器的有效電容產(chǎn)生影響。建議并聯(lián)兩個或更多的電容，以減小針對不同頻率范圍的ESR。通常采用兩種不同類型的電容，一般是把具有較高電容值的電解電容或鉭電容用于低頻濾波器(小于10kHz)，而將一個并聯(lián)的小容值陶瓷電容用于高頻濾波(＞300kHz)。
對于D類音頻放大器，“美國國家半導體”推出了10W單聲道D類產(chǎn)品LM4668和LM4680。這些產(chǎn)品只需要少量外部元件，為工程師帶來了音頻產(chǎn)品的簡易而完善的解決方案。LM4668和LM4680采用平衡、浮動調(diào)制器設計來免除襯底噪聲。平衡調(diào)制器的PWM輸出用于驅(qū)動LM4668或LM4680的H橋配置輸出功率MOSFET的柵極。脈沖序列將被加至一個輸出LC濾波器，以消除不需要的高頻信號。LM4668和LM4680的調(diào)制器的標稱開關頻率約為450kHz。
下面給出的是LM4680的應用框圖(見圖5)，其LC輸出濾波器的取值已確定(表2)。
推導出的元件與截止頻率(Fc)的關系式為：
濾波器的兩個電感的數(shù)值等于：
三個電容的數(shù)值均等于：
建議把具有上述特定參數(shù)值的二階LC輸出濾波器用于LM4680的輸出濾波(對于一個8Ω負載)；可以獲得47kHz的標稱截止頻率。它確保20kHz時的衰減遠小于3dB。
表1：表中列出了對應于特定fc和RL的電感值和電容值。
關于電感的建議
當把負載驅(qū)動至最大功耗時，輸出濾波器電感必須具有一個高于放大器的最大輸出電流的最大額定電流。所以，當向8Ω負載輸送10W輸出功率時，最大輸出電流可能在1.1A(RMS)左右，因此電感的額定電流至少應為1.2A(RMS)，以防止電感發(fā)生任何的飽和現(xiàn)象。建議采用屏蔽式電感器，以便更好地抑制EMI。例如TOKO(A7503HY-270M)電感(見圖6)。
LM4668和LM4680可在各類應用中使用，包括LCD顯示器、電視、電腦聲卡、多媒體揚聲器和廣播系統(tǒng)等。這兩款器件均能夠向8Ω負載提供6W BTL輸出功率(0.2% THD)，也可向8Ω負載輸送10W輸出功率(小于10% THD)。
LM4668和LM4680提供了短路保護、熱保護、過調(diào)制保護等功能。因此，它們是在您的系統(tǒng)中實現(xiàn)高品質(zhì)和高穩(wěn)定性D類音頻放大器的理想器件。LM4668提供TSSOP-20和LLP-14封裝，LM4680提供LLP-14封裝。
表2：LM4680的LC輸出濾波器的取值。
基于相同D類算法的BTL輸出10W
D類立體聲器件LM4681即將面市。除了可驅(qū)動8Ω負載的10W立體聲通道之外，LM4681還提供了立體聲耳機驅(qū)動器以及用于停機和32級音量控制的I2C/SPI可選控制接口。它擁有面向眾多應用的豐富功能。LM4681的內(nèi)部電路框圖如圖7所示。
由于I2C和SPI控制接口在不同類型的系統(tǒng)中均得到了十分廣泛的運用，因此，它將為工程師在系統(tǒng)硬件上進行設計提供了便利，并能夠以較少的外部元件來構建系統(tǒng)。LM4681能夠向8Ω負載輸送每通道10W的輸出功率(小于10% THD)，也可向32Ω耳機提供每通道80mW的輸出功率(＜0.5% THD)。當驅(qū)動揚聲器時，音量控制范圍為+30dB至-48dB；當驅(qū)動耳機時，音量控制范圍為+13dB至-65dB。該器件提供LLP-48封裝。
本文小結(jié)
在這個數(shù)字化世界里，許多系統(tǒng)和產(chǎn)品都已經(jīng)數(shù)字化了，D類放大器就是基于這種原理的常用音頻放大技術。它能夠提供較高的效率，因而適合于實現(xiàn)更加纖巧的外觀設計并節(jié)省更多的功率。在這一最新的電子產(chǎn)品領域，美國國家半導體的D類音頻放大器能夠完美地為眾多應用中的系統(tǒng)提供高品質(zhì)和高穩(wěn)定性。
