用比较器和三极管DIY的D类功放

剑心

K1410 三极管D类功放（试验，1.1版）

照片：



原理图：
主要部分：
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去耦滤波（接插件和防反接二极管略去）：
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电源电压：单电源9~24VDC（更高的没试过）
输出功率：24V时在4.3欧测试负载上最大可达10W，此时功耗约14W
空载电流：40mA(12V),100mA(24V)
谐波失真：1KHz带4.3欧测试负载，谐波失真成份主要是二次和三次谐波，数量相互接近；二者总量典型数值为1%。负载换成低音喇叭后没有明显变化。
高端频响（理论值）：LC滤波器中心频率30KHz ，Q=1；闭环-3dB带宽19KHz
低端频响（理论值）：使用1000uF电解电容（做实验省钱）做输出耦合，-3dB带宽39Hz
开关频率：200~300KHz可变。

整机结构：先用LM311加上正反馈电阻和功率缓冲驱动级构成一个大功率的滞回比较器，然后加上RC积分负反馈回路，就能产生脉宽和频率受输入电压调制的自激振荡。为了消除输出滤波器的谐振改善频响特性，在LC滤波器的输出端和反相端之间接入一个小电容做超前补偿。

一些杂的试验结果
空载的时候绿磁环上有一定的发热量，摸起来温热，估计是功耗的“罪魁祸首”。
电源输入端有防反接的二极管，因此曾经直接输入9V AC靠内部半波整流。交流声很小，只有把耳朵贴近喇叭才能听到；只是最大输出功率会大打折扣 。
高频大信号特性与瞬态互调失真：用声卡虚拟示波器出20K的正弦波（程序能输出的最高频率，已经高的听不见了），输出幅度加到VCC的60％时不影响放别的声音；再加大到80％左右的时候就会使Windows的“咚”声变成金属声。这个幅度相当大，可以认为实际放音乐的时候不会遇到这么强的高频。

鸟农

怎么这图好像见过的。楼主是不是过了？

玩玩而已

[em09][em09]

语蓝

都说是有前途的帖子了，果然被版主加精了

hifiyeah

能否把原理讲详细些 谢谢

剑心

全文（太大，无法上载）：
http://www.hypex.nl/Hypex%20UcD%20Intro.doc
框图：
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简化原理图：
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相移振荡原理：
<img src="attachments/dvbbs/2005-10/2005107212156820.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-10/2005107212156820.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
文本版：

语蓝

哈哈

hifiaudio

剑心

今天开始画K1475，75瓦的MOS版，预计THD能降低一个数量级

剑心

喇叭线圈的电感会阻挡高频的（跟用PWM对电机调速时的情况类似）。所以这个幅度的高频信号对喇叭基本没有影响。

较可能出现的问题是喇叭线发射电波干扰中短波收音机，尤其是长线。但无论ucd还是其他名厂现在基本都只用一级滤波器。既然他们能过EMI认证拿出来卖，我们就不必担心了。

TI等多家公司甚至搞出了“免滤波器”D类功放IC，采用纹波幅度和EMI较低的调制方式，然后省去滤波器直接用开关脉冲驱动喇叭。

locky_z

那么输出端应该仍包含高频载波信号，那么后面还要再接低通？

剑心

R、C都从L后面反馈，起振靠LC回路在高频端的180度相移
如果加在L前面就需要用滞回比较器，靠比较器回差振荡。
把滤波器纳入反馈回路的好处是可以抑制谐振，得到平坦的频率特性；还可以减小电感磁芯非线性造成的谐波失真。

以下是引用locky_z在2005-10-9 9:20:00的发言：
我觉得这个图


振荡反馈应该接在L的前面，

locky_z

我觉得这个图


振荡反馈应该接在L的前面，

剑心

首先向各位道歉：整机的照片已经在别处贴过一次，这里又重新贴出来，请原谅。

在K1410的原理图里，中间一大堆半导体元件和电阻全都用来实现一个大号的滞回比较器或者说施密特触发器，相当于74HC14但是功率大很多。输入端是311的2脚，输出是功率晶体管射极跟随器的中点。

拿掉补偿电容C4、忽略R2之后，输出滤波器之前的东西就成了一个用滞回比较器做的多谐振荡器，由R3、C2对输出信号积分负反馈形成自激振荡。（ucd则是RC移相振荡器的变种）

当C2的电压低于正门限时，比较器输出高电平，开始一个开关周期。输出保持为高，直到C2电压达到正门限。然后输出跳变为低电平，并且保持直到C2电压降到负门限，然后又跳变为高，这样就形成了振荡。

它跟数字电路书上经典的多谐振荡器电路的区别是增加了R1；也就是说从滞回比较器输入端引出一个电阻接到可变的控制电压上，以调制输出脉冲占空比。

输入电压通过R1向C2充电使得C2电压上升和下降速率不同：当输入电压较高时，C2电压上升快下降慢，因此输出高电平脉冲窄、低电平脉冲宽。反之，当输入电压较低时，C2电压上升慢下降快，因此输出高电平脉冲宽、低电平脉冲窄。
振荡器输出的脉冲经过LC低通滤波后的平均电压就是音频输出——就像大多数的D类功放一样。由于开关切换可以发生在任何时刻，这种调制方式比固定频率的三角波PWM响应要快。

电路的振荡频率是200~300KHz，是典型音频信号的几十倍。可以认为它是“无限高”的，用输出PWM波对时间的平均值代替瞬时值。另外，比较器的回差为0.1V左右，可以近似认为是0。经过这种简化处理后，这个电路就相当于运算放大器作反相应用的图，可以算出闭环增益=R3/R1，并且进一步讨论环路补偿等。

剑心

去年曾经想过用555加射极跟随器扩流。当时认为555的回差大，输入端波形不是理想三角波，调制出来会造成非线性失真（源于调制器而不是输出级的），就没实际搞。

locky_z

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剑心

原文见这里
http://www.diyaudio.com/forums/showthread.php?s=&threadid=66786&pagenumber=1
失真比标准的接法要好24dB
<img src="attachments/dvbbs/2005-11/20051152340030.jpg" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-11/20051152340030.jpg\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />

lishuaijie

夕阳雨

以下是引用剑心在2005-10-7 21:22:00的发言：
全文（太大，无法上载）：
http://www.hypex.nl/Hypex%20UcD%20Intro.doc
框图：
<img src="attachments/dvbbs/2005-10/2005107211942862.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-10/2005107211942862.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
简化原理图：
<img src="attachments/dvbbs/2005-10/2005107212137395.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-10/2005107212137395.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
相移振荡原理：
<img src="attachments/dvbbs/2005-10/2005107212156820.gif" border="0" onload="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onmouseover="if(this.width>screen.width*0.7) {this.resized=true; this.width=screen.width*0.7; this.style.cursor=\'hand\'; this.alt=\'Click here to open new window\nCTRL+Mouse wheel to zoom in/out\';}" onclick="if(!this.resized) {return true;} else {window.open(\'attachments/dvbbs/2005-10/2005107212156820.gif\');}" onmousewheel="return imgzoom(this);" alt="" />
文本版：

holywen

数字功放要发飙拉！