通过上面的分析比较可以看出，传统的功放，即介绍的前三类功放，其系统设计时主要包括两个工作过程：1、输入的数字语音数据到模拟语音信号的转换，该过程是通过高精度数模转换器ADC来转换实现的，不仅要求设计时将误差降到最低，其生产成本也很高；2、利用模拟功放进行输入信号放大，精度要求也很高，在以前的技术水平很难达到与实现。
从上个世纪八十年代开始，许多致力于功放设计的厂家便开始开发自己的数字音频功放，不再使用传统的模拟功放，数字功放是直接将输入的语音数据实现放大而不用进行信号的转换，这样不仅节约了成本，更提高了功放的效率，后来经过不断地发展，便有了此次设计的核心的丁类功放，国际上也称其为D类高效率功放。
本设计的核心是D类功放，D类功放是目前所有功放设计方案中效率最高的。通过查阅相关资料，总结出了D类功放的主要特点：
效率高，同时产生的热量小，可靠性高。耗电量仅为同功率模拟功放的1/3，而且电源实际使用效率高达九成。节约能源，符合环保要求；
节能、体积小、重量轻、应用数字化，适应社会发展趋势；
动态特性好。没有额外的负载反馈，没有了模拟放大信号源的影响，所以具备了更标准的输入输出特征；
可以直接接收数字音频信号源输出的音频信号，并用模拟数字信号的方式进行信号放大，体现了功率放大器与数字音源的完美结合；
1、失真大。同等条件D类功放的失真比较起其他几类功放来说，其失真度尤为明显，在设计中需要采取方法对其抑制；
2、对采样信号的时钟抖动很敏感。时钟采样频率的细小抖动也会引来明显的失真。所以在设计过程中必须注意这点，在提高最大不失真功率的同时将失真抑制到最低[4]。
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第二章 方案论证与比较
根据设计任务书的要求，本系统的组成方框图如下图图2.1所示。下面将按照设计原则对每个模块的设计方案分别进行详细的比较与论证。
输入 高效率功率放大器信号变换电路0.01uF功率测量电路 图2.1 系统组成方框图
2.1 高效率功率放大器
2.1.1 功率放大器的选择
方案一：采用A类、B类、AB类非高效率功率放大器。很明显从前面的原理介绍可知，这三类功放的效率均达不到本设计要求。
方案二：采用D类功率放大器。由于D类功率放大器的工作原理是采用音频信号的幅度性调制输入不完整的高频脉冲的幅度。在理想状态下，功放管一直工作在高频状态，所以通过低通滤波器后的输出音频信号具有极高的效率，理论上可达无损耗的100%，实际效率值可以达到85%至95%，所以此方案符合设计要求。 2.1.2 功放核心实现电路的选择
本设计的核心就是功放电路的设计，采用什么电路形式来达到题目要求的性能指标，直接关系到设计的成败与实现的价值。所以在设计中分别对其中的脉宽调制器、高速开关电路、滤波器的选择、开关管的选择进行方案论证与比较，为最终的设计确定最佳方案。
A.脉宽调制器(PWM)
方案一：采用符合条件的脉宽调制器，也就是市场上常见的PWM集成块，但是PWM集成块通常有电源电压的限制，而且精度不高，难以满足本设计提出的精度要求。
方案二：使用集成的三角波产生器和比较器组合电路，其优点是各部分的实现功能简单明确，而且能灵活实现仿真与调试。而且可以在较低的电压下工作，所以选择此方案。具体模块流程图如下图图2.2所示。
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PWM调制器高速开关电路三角波产生器比较器驱动电路开关输出功率低通滤波音频信号输入 图2.2 脉宽调制器流程图
B.高速开关电路
方案一：使用推挽单端输出方式。设计电路如下图图2.3所示，通过计算与测试，电路输出载波峰峰值远达不到5V电源电压，最大输出功率也达不到设计要求。此方案不可行。
图2.3 高速开关电路
方案二：选用H桥型输出方式。使用这种方式在理想的情况下，载波的峰峰值最高可达到10V，明显的提高了输出功率，经计算，能达到设计要求和参数指标，所以可以选择这种输出电路形式。设计电路如下图图2.4所示。
图2.4 H桥型输出电路
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C.滤波器的选择
方案一：采用两个二阶低通滤波器。缺点：负载上的电压得不到有效衰减，输出信号有噪音干扰，得不到理想的输出波形。不符合设计要求，故不采用此方案。
方案二：采用两个完全相同的四阶低通滤波器。方案二是方案一的改进，在20kHz频带的条件下使负载上的高频载波电压得到明显衰减，而且噪音明显减少，达到了设计要求。
D.开关管的选择
方案一：选用晶体三极管。晶体三极管虽然能够提供稳定的放大作用，但是却有较大的驱动电流的要求，并存在存储时间过长，开关特性不够好，导致整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大。此方案不符合设计要求。
方案二：选用VMOSFET管。VMOSFET管具有很小的驱动电流以及低导通电阻及良好的开关特性，所以此方案符合设计要求。
2.2 信号变换电路
根据设计要求，系统采用的输出方式为浮动输出，所以需要信号变换电路具有双端变单端的功能，而且增益最好为1。
方案一：采用数据集成放大器组成变换电路。优点：精度高；缺点：价格贵，不符合经济的设计开发理念。
方案二：采用差动式减法电路。减法电路是由简单的单运放组成，由于其电路的设计功放要求输出具有很强的带负载能力，所以对变换电路的输入阻抗不高，符合本次设计要求。故采用此方案。
2.3 功率测量电路
方案一：用A/D转换器采样音频输出的有效值，也就是采样电压瞬时值，计算出平均有效功率，原理框图如下图图2.5所示。此方案的缺点是算法过于复杂，软件采样点多，工作量大。故不采用此方案。
接音频输出信号A/D采样单片机处理系统LED显示 图2.5 A/D采样法功率测量流程图
方案二：采用真有效值变换法。考虑到所设计的电路图，功放输出信号不是单一的频率，所以必须采用真有效值变换值电路。原理框图如下图图2.6所示。这个方案需要采用真有效值转换芯片，进而计算出音频信号电压的有效值，然后
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