理论基础
　　什么是 D 类音频功率放大器？答案可能只有一句话：它是一个开关放大器。但为了完全理解一个人是如何工作的，我需要教你它的所有角落和缝隙。
　　让我们从句话开始。传统放大器（如 AB 类）作为线性器件运行。将其与开关放大器进行比较，之所以这样称呼，是因为功率晶体管 （MOSFET） 就像开关一样，将其状态从 OFF 更改为 ON。这允许非常高的效率，高达 80 - 95%。因此，该放大器不会产生大量热量，也不需要像线性 AB 类放大器那样使用大散热器。相比之下，B 类放大器只能达到 78.5% 的效率（理论上）。

　　您可以在下面看到基本 PWM D 类放大器的框图，就像我们正在构建的放大器一样。

　　基本型 PWM D 类放大器
　　使用比较器将输入信号转换为脉宽调制的矩形信号。这基本上意味着 input 被编码到矩形脉冲的占空比中。矩形信号被放大，然后低通滤波器产生原始模拟信号的更高功率版本。
　　还有其他方法可以将信号转换为脉冲，例如 ΔΣ （delta-sigma） 调制，但对于这个项目，我们将使用 PWM。
　　使用比较器进行脉宽调制

　　在下图中，您可以通过将正弦信号（输入）与三角形信号进行比较，了解我们如何将其转换为矩形信号。

　　通过将正弦信号（输入）与三角形信号进行比较，将其转换为矩形信号
　　在正弦波的正峰值处，矩形脉冲的占空比为 100%，而在负峰值处为 0%。三角形信号的实际频率要高得多，大约几百 kHz，因此我们稍后可以提取原始信号。
　　真正的滤波器，而不是理想的滤波器，没有从通带到阻带的完美“砖墙”过渡，因此我们希望三角形信号的频率至少比 20KHz 高 10 倍，这是人类听力的上限。
　　Power Stage — 理论上听起来不错
　　理论是一方面，实践是另一方面。如果我们想将前面的框图付诸实践，我们会偶然发现一些问题。

　　两个问题是功率级中器件的上升和下降时间，以及我们将 NMOS 晶体管用于高端驱动器的事实。

　　将 NMOS 晶体管用于高侧驱动器
　　由于 MOSFET 的开关不是瞬间完成的，而更像是上下山，因此晶体管的导通时间会重叠，从而在正负电源轨之间形成低阻抗连接。这会导致大电流脉冲通过我们的 MOSFET，从而导致故障。

　　为了防止这种情况，我们需要在驱动高压侧和低压侧 MOSFET 的信号之间插入一些死区时间。实现这一目标的一种方法是使用 International Rectifier （Infineon） 的专用 MOSFET 驱动器，例如 IR2110S 或 IR2011S。此外，这些 IC 提供高侧 NMOS 所需的升压栅极电压。

　　IC 为高端 NMOS 提供升压栅极电压
　　Low-Pass Filter

　　对于筛选阶段，执行此操作的方法之一是使用 Butterworth 筛选器。

　　巴特沃斯滤波器的使用
　　这些类型的滤波器在通带中具有非常平坦的响应。这意味着我们想要实现的信号不会衰减太多。
　　我们想要过滤高于 20 kHz 的频率。截止频率的计算值为 -3dB，因此我们希望它高一点，以便不过滤我们想听到的声音。选择 40 到 60 kHz 之间的值。品质因子 \[Q = \frac{1}{\sqrt{2}}\]。
　　这些是用于计算电感和电容值的公式：
　　\[L = \frac{R_{L}\sqrt{2}}{2\cdot \pi \cdot f_{c}}\]
　　\[C = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot \pi \cdot f_{c}\cdot R_{L}}\]
　　构建您的 DIY 放大器 （Luke-The-Warm）
　　现在我们知道了 D 类放大器的工作原理，让我们构建一个。
　　首先，我将这款放大器命名为 Luke-The-Warm，因为散热器几乎不会变热，而 AB 类放大器如果不主动冷却，其散热器会变得非常热。

　　您可以在下面看到我设计的放大器的原理图。它基于 International Rectifier （Infineon） 的 IRAUDAMP1 参考设计。主要区别在于 ΔΣ 调制，我的使用 PWM 而不是 ΔΣ 调制。

　　放大器的原理图
　　现在，我将告诉您一些设计选择以及组件如何相互协作。让我们从左侧开始。
　　输入电路

　　对于输入电路，我决定先使用高通滤波器，然后再使用低通滤波器。就是这么简单。

　　使用高通滤波器，后跟低通滤波器
　　三角形生成器
　　对于三角形生成器，我使用了 LMC555，它是的 555 芯片的 CMOS 变体。电容器的充电和放电会产生一个漂亮的三角形，这并不完美（它呈指数上升和下降），但如果上升和下降时间相等，它就会完美工作。

　　电阻器和电容器的值设置的频率约为 200kHz。任何高于此值，我们都会遇到麻烦，因为比较器和 MOSFET 驱动器不是快的器件。

　　三角形生成器
　　比较仪
　　对于比较器，您可以使用任何您想要的组件 — 它只需要快速即可。我使用了我现有的 LM393AP。在 300ns 的响应时间下，它不是快的，可以改进，但它可以完成工作。如果您想使用其他 IC，只需小心检查引脚是否匹配，否则您将不得不修改 PCB 设计。
　　理论上，运算放大器可以用作比较器，但实际上运算放大器是为其他类型的工作而设计的，因此请确保使用实际的比较器。
　　因为我们需要比较器的两个输出，一个用于高侧驱动器，一个用于低侧驱动器，所以我决定使用 LM393AP。这是一个封装中的两个 parator，我们只是将 inputs 交换为第二个 comparator。另一种方法是使用具有两个输出的比较器，例如 Linear Technology 的 LT1016。这些设备可能会提供一些改进的性能，但它们也可能更昂贵。

　　这些比较器由 5V 双极电源供电，该电源由两个齐纳二极管提供，用于调节主电源的电压，即 ±30V。

　　MOSFET 驱动器
　　对于 MOSFET 驱动器，我选择使用 IR2110。另一种选择是 IR2011，它用于参考设计。这个 integrated circuit 确保添加我在上一节中谈到的死区时间。
　　由于 IC 的 VSS 引脚与负电源相连，因此我们需要对来自比较器的信号进行电平转换。这是使用 PNP 晶体管和 1N4148 二极管完成的。
　　为了驱动 MOSFET，我们为 IR2110 供电，电压为 12V，以负电源电压为基准;该电压由 BD241 与 12V 齐纳二极管结合使用产生。高压侧 MOSFET 需要由比开关节点 VS 高约 12V 的栅极电压驱动。这需要高于正电源的电压;IR2110 在我们的自举电容器 C10 的帮助下提供此驱动电压。
　　MOSFET 驱动器
　　滤波器
　　是过滤器。截止频率为 40kHz，负载电阻为 4 欧姆，因为我们有一个 4 欧姆的扬声器（这里使用的值也适用于 8 欧姆的扬声器，但根据您选择的扬声器调整滤波器）。有了这些信息，我们可以计算出电感和电容的值：
　　\[L = \frac{4\sqrt{2}}{2\cdot \pi \cdot 40000} H = 22.508\mu H\]
　　我们可以安全地四舍五入到 22μH。
　　\[C = \frac{1}{2\sqrt{2}\cdot \pi \cdot 40000\cdot 4} F = 0.703\mu H\]
　　接近的标准值为 680nF。
　　Build 注意事项
　　既然您已经了解了所有内部工作原理，您所要做的就是非常仔细地阅读接下来的几行，下面的文件，购买所需的组件，蚀刻 PCB，然后开始组装。
　　Low-Pass Filter
　　对于低通滤波器，您可以使用 680nF 电容器以尽可能接近计算值，但您也可以毫无问题地使用 1μF 电容器（我设计了 PCB，以便您可以并联使用两个电容器进行混合和匹配）。
　　这些电容器必须是聚丙烯或聚酯 — 一般来说，将陶瓷电容器用于音频信号不是一个好主意。您需要确保用于滤波的电容器的额定电压至少为 100VAC（更多不会造成伤害）。设计中的其余 capacitors 也需要具有适当的额定电压。
　　我设计的这个放大器的输出功率约为 100-150W。您应该使用具有 ±30V 电源轨的双极电源。你可以达到更高的水平，但对于大约 ±40V 的电压，你需要确保将电阻 R4 和 R5 的值更改为 2K2。
　　没有必要，但强烈建议您使用 BD241C 的散热器，因为它会变得很热。
　　MOSFET （MOSFET）
　　就功率 MOSFET 而言，我建议使用 IRF540N 或 IRFB41N15D。这些 MOSFET 具有低栅极电荷，可实现更快的开关速度和低 RDS 系列（on） 以降低功耗。您还需要确保 MOSFET 具有足够的 VDS 系列（漏源电压）额定值。您可以使用 IRF640N，但 RDS 系列（on） 明显更高，导致放大器的效率较低。下表比较了这三种 MOSFET：
　　MOSFET （微粒半导体 VDS 系列（五）我D（一）Qg （nC）RDS 系列（开）
　　IRFB41N15D15041720.045
　　IRF540N10033710.044
　　IRF640N20018670.15
　　感应器
　　现在是电感器。你可以买一个已经做的，但我建议你自己上卷——毕竟这是一个 DIY 项目。
　　购买 T106-2 环形线圈。它需要铁粉;铁氧体可以工作，但它需要一个间隙，否则它会饱和。使用上述环形线圈，绕 40 圈直径为 0.8-1mm （AWG20-18） 的铜漆包线。就是这样。如果它不完美，请不要担心——只要把它拧紧就好了。
　　电阻
　　，除非注明 （R4， R5），否则所有电阻均为 1/4W。
　　测试
　　当我设计 PCB 时，我把它做得非常容易测试。输入信号有自己的连接器，并且有两个用于接地的铲形端子：一个用于电源，一个用于扬声器。
　　为了消除嗡嗡声（50/60 Hz，来自电源频率），我使用了星形-接地配置;这意味着将所有接地（放大器接地、信号接地和扬声器接地）连接在整流器电路之后的同一点，是在电源 PCB 上。