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D类功放原理与设计 WuYangboFacultyofinformationscience technologyNingbouniversity2011年7月 1概述 能够向负载提供足够信号功率的放大电路称为功率放大电路 简称功放 功放既不是单纯追求输出高电压 也不是单纯追求输出大电流 而是追求在电源电压确定的情况下 输出尽可能大的功率 功放电路的要求 1 1功率放大电路分类 电路中晶体管的工作状态 按一个周期导通的角度大小划分 乙类 class B 180 甲类 class A 360 甲乙类 class AB 180 丙类 class C 180 丁类 class D 开关状态 工作波形 效率低 50 效率 78 5 效率接近乙类 效率最高 1 2D类功率放大电路 D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式 放大元件要么处于截止状态 要么导通状态 晶体管相当于一个理想开关而不消耗能量 在理想情况下 效率为100 D类功放的特点 高效 散热小 体积小 适合大功率放大器 优点 缺点 信号失真较为严重 图1400WD类功放模块 2D类功放电路结构与工作原理 2 1D类功放电路结构 1 信号调制电路 模拟信号转换为脉宽与信号幅度成正比的方波 PWM 2 开关放大电路 将输入方波进行功率放大 3 低通滤波电路 滤除高次谐波 将放大后的信号加到负载上 2 2D类功放工作原理 简化的D类功放电路结构 fs 1KHz fT 20KHz 2 3输出PWM信号频谱与低通滤波器 1 输出PWM信号的频谱 fc 1KHz fc 8KHz 2 二阶巴特沃斯低通滤波器 3D类功放单元电路设计 3 1D类功放总体架构 3 2PWM调制电路 三角波频率 300KHz 600KHz 三角波产生电路 专用芯片运放构成的三角波产生电路 比较器 集成电压比较器LM311 3 2功率输出电路 1 半桥功率输出电路 2 全桥功率输出电路 3 实验室现有的功率MOSFET IRF540IRF640IRF3710 3 4MOSFET驱动电路 通常采用专用的驱动芯片 实验室现有IR公司的驱动芯片 具体型号 IR2104 IR2110 IR2111 以IR2104为例说明使用方法 FunctionalBlockDiagram TypicalConnection 自举电容 钽电解 充电二极管 肖特基二极管 20 3 5输出滤波电路设计 输出滤波器通常选择二阶巴特沃斯LC低通滤波器 1 半桥LC滤波器设计 归一化传递函数 2 全桥LC滤波器设计 给定RL和fc L C参数表 3 实际的全桥LC滤波器 这两个小电容用来滤除高频噪声 取值为20 的CL 4性能分析与改善 1 2 3 4 5 功率MOS管栅极驱动信号的时序误差是输出信号非线性失真的主要来源 驱动信号的死区时间是其中最主要的因素 1
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