D類音頻功放設計

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1、D類音頻放大器的設計與制作摘要：本項目涉及高效節(jié)能、數(shù)字化、體積小、重量輕等特點的D類功率音頻放大器。適應便攜設備高效及節(jié)能的客觀要求。順應了市場的客觀要求。從而在音頻集成領域具有很大的優(yōu)勢。隨著設計技術不斷進步D類功率放大器的要求也在不斷提高本文通過基于CMOS工藝的D類功率音頻放大器構成，驅(qū)動實現(xiàn)、失真度等方面的特性來進行電路的設計。本課題的目標是設計一個D類音頻功率放大器，能對音頻信號進行放大，放大器的通頻帶達到300~10000Hz，輸出功率IW,輸出信號無明顯失真。根據(jù)D類功放的原理分別設計

2、了前置放大模塊、三角波產(chǎn)生模塊、比較器模塊、驅(qū)動模塊、H橋互補對稱輸出及低通濾波模塊等。其中三角波產(chǎn)生器及比較器共同組成脈寬調(diào)制(PWM)模塊，H橋互補對稱輸出電路采用驅(qū)動電流小、低導通電阻及良好開關特性的VMOSFET管，濾波器采用Butterworth低通濾波器。關鍵詞：D類功率放大器H橋驅(qū)動脈寬調(diào)制目錄1.引言22.系統(tǒng)方案22.1總體方案設計22.2三角波模塊設計方案32.3高速開關電路設計方案43.硬件電路設計53.1三角波發(fā)生器53.2放大電路63.3脈寬調(diào)制比較器63.4驅(qū)動電路、H橋7

3、4.測試方案與測試結果：8（1）列出主要的測試儀器、儀表；8（2）系統(tǒng)測試：8（3）測試結果分析：85.設計總結：8參考文獻：8附錄：9系統(tǒng)原理圖；991.引言近幾年，國際上加進了對D類音頻功率放大器的研究與開發(fā)，并取得了一定的進展，各項實用性指標和可靠性指標都有很大改善，并不斷在向更大的輸出功率，更小的體積，更輕的重量，更多的功能和智能化方向發(fā)展。20世紀80年代初，歐洲有些專業(yè)公司開始研究晶體管功放與電子管功放之間的性能差異及解決辦法。電子管是一種電壓控制器件，需要的控制功率極微，開關速率很快。晶

4、體管是一種電流控制器件，需有較大的控制電流，轉(zhuǎn)換速率較慢，這是最基本的差別。數(shù)字功放的概念早在20世紀60年代就有人提出了，由于當時技術條件的限制，進展一直較慢。這一技術一經(jīng)問世立即顯示出其高效，節(jié)能，數(shù)字化的顯著特點，引起了科研，教學，電子工業(yè)，商業(yè)界的特別關注。不久的將來，D類音頻功率放大器必然取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。2.系統(tǒng)方案2.1總體方案設計D類功放是放大元件處于開關狀態(tài)時的一種放大模式。無信號輸入時放大器處于截止狀態(tài)，不耗電。工作時，靠輸入信號讓晶體管進入飽和狀體，晶體管相當于一個接

5、通的開關，把電源與負載直接接通。D類音頻功放按其結構可以分為三個部分。2.1.1調(diào)制器9最簡單的只需要用一個運放構成的比較器即可完成。把原始的音頻信號加上一定的直流偏置后放在運放的正輸入端，在將一個有自激震蕩生成的三角波添加到運放的負輸入端。當正向輸入端上的電位高于負端三角波的電位時比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平，當音頻輸入信號輸入時，正半軸期間，比較器輸出高電平的時間比低電平的時間長，方波的占空比大于1山負半軸期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號幅度高于三角波

6、幅度的時間卻大為減少，方波的占空比小于1:10這樣，比較器輸出的波形就是一個脈沖寬度被音頻信號輻度調(diào)制后的波形，成為PWM(PulseWidthModulation脈寬調(diào)制）或者(I)M(PulseDurationModulation脈沖持續(xù)時間調(diào)制）波形。音頻信號被調(diào)制到脈沖波形中2.1.2D類功放D類功放，這是一個脈沖控制的大電流開關放大器，把比較器輸出的PWM信號變成高電壓、大電流的大功率PWM信號。能夠輸出的最大功率有負載、電源和晶體管允許流過的電流來決定。2.1.3信號還原需要把大功率PIM

7、波形中的聲音信息還原出來。其方法也很簡單，只需要用一個低通濾波器。由于此時電流很大，RC結構的低通濾波器電阻會有很大損耗，所以采用LC低通濾波器。當占空比大于1：1的脈沖到來時，電容c的充電時間大于放電時間，輸出電平上升；在小于脈沖到來時，放電時間長，輸出電平下降正好與原音頻信號的幅度變化相一致，所以原音頻信號被回復出來。圖2-1-1D類功放波形原理圖2.2三角波模塊設計方案方案一：用普通555芯片作為三角波發(fā)生器。雖然此類芯片可直接產(chǎn)生脈寬調(diào)制信號，但芯片中振蕩發(fā)生的是鋸齒波，不符合D類功放所要求的

8、三角波，且振蕩發(fā)生器是充放電電路產(chǎn)生波形，波形線性不好，難以達到要求。所以此方案不行。9圖2-2-1555定時電路產(chǎn)生三角波方案二：根據(jù)要求，因為D類放大器要求三角波頻率高、線性好，這是一般積分微分電路難以達到的，因此我們選用模擬的波形芯片ICL8038來產(chǎn)生三角波，它的內(nèi)部有恒流源，故線性效果好。此方案的優(yōu)點在于可產(chǎn)生合乎要求的脈寬調(diào)制信號，且全部期間可由+5V電源直接供電，各項指標也都符合要求。2.3高速開關電路設計方案方案一：采用推挽單端輸出方式，