D类放大器：基本工作原理和近期发展

可以看出，各区域面积(AON和AOFF)的绝对值只有彼此相等，等式2才能成立。基于这一信息，我们可以利用开关波形占空比来表示滤波后的输出电压：



将等式4和5代入等式3，得到以下等式：



最后，得到VO的表达式：



式中D是输出开关波形的占空比。

利用反馈改善性能

许多D类放大器采用PWM输出至器件输入的负反馈环路。闭环方案不仅可以改善器件的线性，而且使器件具备电源抑制能力。开环放大器却正相反，它的电源抑制能力微乎其微(如果有的话)。在闭环拓扑中，因为会检测输出波形并将其反馈至放大器的输入端，所以能够在输出端检测到电源的偏离情况，并通过控制环路对输出进行校正。闭环设计的优势是以可能出现的稳定性问题为代价的，这也是所有反馈系统共同面临的问题。因此必须精心设计控制环路并进行补偿，确保在任何工作条件下都能保持稳定。

典型的D类放大器采用具有噪声整形功能的反馈环路，可极大地降低由脉宽调制器、输出级以及电源电压偏离的非线性所引入的带内噪声。这种拓扑与用在Σ-Δ调制器中的噪声整形类似。为阐明噪声整形功能，图4给出了一个1阶噪声整形器的简化框图。反馈网络通常包含一个电阻分压网络，但为简便起见，图4的反馈比例为1。由于理想积分器的增益与频率成反比，图中积分器的传递函数也被简化为1/s。同时假定PWM模块具有单位增益，并且在控制环路中具有零相位偏移。使用基本的控制模块分析方法，可得到以下输出表达式：