早在20世纪60年代，就有人提出了数字功率放大器的概念，但由于技术不成熟，因此一直没有进展。
1983年，M.B.Sandler等学者提出了Class-D数字功率放大器的基本结构，研究的重点是如何将音频调制的脉冲数据信号转变为便于解调的PWM（脉冲宽度调制）信号（见图8-4）。由于PWM放大几乎无静态功率消耗，因此能效极高。
图8-4 PWM（脉冲宽度调制）波形
1999年，意大利Powersoft公司推出了采用MOSFET大功率开关场效应晶体管的Class-D数字功率放大器；2003年美国CROWN皇冠公司又推出了Class-I数字功率放大器。从此，数字功率放大器进入了工程应用。现在市场上的数字功率放大器产品主要有Class-D和Class-I两种类型。
1.D类数字功率放大器
D类数字音频功率放大器是一种利用高频率（200～500kHz）PWM放大技术的数字音频功率放大器。它由输入信号处理电路（限幅器、A-D转换器和PWM调制电路）、PWM功率放大电路和PWM解调（LC低通滤波器）三部分组成，如图8-5所示。
为了防止输入信号过载产生的数字削波问题，在A-D转换前必须采用限幅器。此外，数字功率放大器内部还设有一个PCM（脉冲编码调制）转换为PWM的格式转换装置。
图8-5 D类数字功率放大器原理框图
1999年，意大利Powersoft公司推出了采用MOSFET开关场效应功率晶体管的Class-D数字功率放大器。2003年美国CROWN皇冠公司又推出了采用交叉储存的Class-I类数字功率放大器。
Class-I数字功率放大器与Class-D数字功率放大器在放大部分的原理相同，理论效率相同，主要区别在于供电部分的效率。早期的Class-D数字功率放大器在效率上略逊于Class-I数字功率放大器，但Class-D类功率放大器在改进过后与Class-I类功率放大器在效率上已经持平，例如Powersoft的K系列及X系列，对比于CROWN的Class-I数字功率放大器，在体积功率比方面更胜一筹。不仅如此，Powersoft第六代D类功率放大器在低阻条件下（2Ω）比Class-I类功率放大器更有优势。
从此，数字功率放大器进入了工程应用，现在市场上的数字功率放大器产品主要有Class-D和Class-I两种类型，其主要性能及阻尼系数见表8-1、表8-2。
表8-1 两种类型数字功放的主要性能对比
表8-2 数字功放的阻尼系数
Powersoft的第六代Class-D数字功率放大器通过特有的控制技术，阻尼系数可以达到500以上。
作为D类数字功率放大器技术的领导者，Powersoft一直不断地推进功率放大器技术的发展，到目前为止已经发展到了第六代D类数字功率放大器，并已应用到实际的产品中去。
Powersoft数字功率放大器的主要特点包括：
（1）一体化的系统调试和远程监控。Powersoft在推出X系列数字功率放大器的同时，也将控制软件做到了一体化。
Armonia控制软件可以令一个系统，甚至多个系统的功率放大器的调试、监控由一台计算机完成，省去了逐台调试的繁琐过程。在软件内可以实现路由分配、均衡调整、限幅设置、编组控制等一系列的功能。同时，还可以实时监测各功率放大器通道的阻抗与相位，便于用户提前发现问题。
所有的功率放大器的远程控制可以通过普通五类或六类网线的串并联完成，或者通过无线的方式完成；通过X系列内置的Wi-Fi无线发射器，可以用手机、平板电脑进行控制，且不需要下载任何应用程序。
（2）内置高性能DSP，可以快速选择和优化扬声器数据。在Powersoft Armonia控制软件内，预置有多个知名厂家的扬声器参数，包括EAW、L-Acoustics、Martin Audio、D&B等，可以让用户快速选择和设置扬声器数据，并对扬声器数据进行优化；同时用户可根据自己的需求快速设置扬声器参数并有多种储存方式便于数据的调用。
强大的DSP运算能力及内存存储能力，可以让X系列功率放大器实现以下几个功能：
1）在短延时内进行多段的FIR（Finite Impulse Response）有限长度单位脉冲响应滤波均衡器的运算、升余弦均衡的使用，并能设置多达4s的延时。
2）组合设置的五种限幅器（电压限幅器、电流限幅器、削波限幅器、真实功率限幅器、额定功率限幅器），对系统可以提供更安全细致的保护。
3）主动阻尼控制（Active Damping Control），多达500的阻尼系数。
阻尼系数=负载阻抗/（源阻抗+线缆阻抗），在长距离传输时，由于线缆阻抗的增加，阻尼系数可以出现断崖式的下降，使得在实际应用中达不到功率放大器的标称阻尼系数。而Powersoft产品中的主动阻尼控制可以通过DSP补偿等方式，将阻尼系数维持在相当高的水平，从而对低频进行有效的控制。
4）智能轨道滑动电压管理（Smart Rail Management）。智能轨道滑动电压管理，即数字功率放大器的供电电压随输出功率大小自动跟踪调节，这样可以减少空载消耗，在不影响性能的前提下减少散热、降低本地噪声、增加功放晶体管的安全工作区域和提高电源转换效率。
与其他DSP功率放大器的最大不同之处在于DSP与放大模块的结合方式。一般来说，DSP主要控制输入放大模块的信号，而不对放大器本身进行检测及调整。而PowersoftX系列将DSP与放大模块一体化，对功率放大器的输出级进行监测，并反馈结果，进行调整。(www.xing528.com)
（3）适应宽电压。特殊的电源设计，可以使供电电源的电压范围扩大到85～460V。不仅可使用普通的220V单相电电源，还可以使用双相及380V三相电源的接入，满足不同条件下的应用。
（4）多重输入信号源选择。多重输入信号源接入功能，包含模拟输入、AES数字输入及Dante输入。每一个输入通道可同时接入4个输入信号源：1个模拟输入、1个AES数字输入及2个Dante通道的接入；可随时改变输入源选择，备份模式，优先级选择等。
当选择Dante输入时还可以将多台功率放大器的音频输入通过串并联网线的方式进行分配及路由，大大减少了线材的铺设及调试的难度。
（5）功率因数校正（PFC）。功率因数校正可以对电流消耗进行调整，减少电源线中的谐波失真，实现有效功率与视在功率的比值最大化。
（6）回收扬声器负载的自感电动势能量，进一步提高电源转换效率。Powersoft功率放大器允许回收从输出部分返回的无功电能（反电动势）。通过回收反电动势，结合功率因数校正和放大器中的电容器组合进行充电，同时增加阻尼因数，如图8-6所示。
图8-6 回收从输出部分返回的无功电能
2.Class-I数字功率放大器
Class-I是美国CROWN皇冠公司继Powersoft数字功放之后开发的另一类高性能数字功率放大器，基础仍是PWM技术，功率放大还是PWM放大原理。与D类放大不同的是采用了全新概念的平衡电流数据放大技术。
平衡电流放大（Balanced Current Amplifier）技术，保留了D类数字功率放大器的高效率、低热量等优点，是另一种性能优秀的数字功率放大器。
Class-I数字功率放大器与D类数字功率放大器相比，其全部性能指标均符合EIA模拟功放的测试标准，低频能量储备充足，低音柔和、丰满。
3.数字功率放大器技术指标的测量方法
至今国际上还未有公认的数字功率放大器测试标准。表8-3是意大利Powersoft公司和日本电子工业协会EIAJ制定的数字功率放大器测试方法。
表8-3 意大利Powersoft公司和日本电子工业协会EIAJ制定的数字功率放大器测试方法
图8-7 Class-D数字功率放大器的输出功率的脉冲测试信号
Powersoft公司生产的Class-D数字功率放大器，采用图8-7所示的1kHz正弦波调制的8ms脉冲包络测试信号，即工作8ms（1kHz正弦波8个周期），然后停止24ms，连续循环，称为32ms脉冲测试法。
采用脉冲信号测定的额定输出功率，与EIA正弦波信号测定的RMS有效值输出功率有较大差异，尤其是低音功率输出的差异明显，见表8-4输出功率测试数据表。因此用32ms脉冲测试法的功率测试数据在与扬声器系统配接时，它们的功率配比应另行考虑。
表8-4 美国CROWNI-TechHD网络数字功率放大器的输出功率 （测试条件：20Hz～20kHz正弦波，0.1%总谐波失真下的输出功率）
4.T类功率放大器
1997年，美国Tripath公司设计了改进的D类数字功率放大器，取名为“T”类功率放大器。T类功率放大器的功率放大电路也采用脉冲开关放大器，能效为85%～90%。与D类功率放大器不同的是：
（1）不采用PWM脉冲调宽的方法，而是采用Tripath公司发明的一种称作数码功率放大器处理器（Digital Power Processing，DPP）的功率处理技术。
DPP是T类功率放大器的核心。它把通信技术中处理小信号的适应算法及预测算法用到这里。输入的音频信号和进入扬声器的电流经过DPP数字处理后，用来控制功率晶体管的导通关闭。从而使音质达到高保真线性放大。
（2）功率晶体管的开关频率不是固定的。无用分量的功率谱并不是集中在载频两侧狭窄的频带内，而是散布在很宽的频带上，使声音的细节在整个频带上都清晰可“闻”。
（3）数据解调采用数字滤波器技术，数字解调滤波器的截止频率设计得较高，从而保证在20Hz～20kHz内得到平坦的幅频特性和很好的相位特性，使音质更纯净透彻。
（4）T类功率放大器的动态范围更宽，频率响应平坦。
DPP的出现，把数字时代的功率放大器推到一个新的高度。在高保真方面，它的线性度与传统AB类功率放大器相比有过之而无不及。
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