高效率音频功率放大器设计开题报告.doc

唐 山 学 院毕业设计（论文）开题报告设计（论文）题目 高效率音频功率放大器设计 系 别：_机电二系_专 业：_生产过程自动化技术_姓 名：_张艳红_ 朱全印指 导 教 师：_朱全印_辅 导 教 师：_2010年4月16日题目类型（打选择）设计（）论文（ ）一、文献综述音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。音频放大器已经有快一个世纪的历史了,最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止,它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种,也是最基本的一种。为了满足它的需要,有关的音频放大器就要不断地加以改进。尤其进入21世纪以后,随着各种便携式的电子设备的发展。从作为通讯工具的手机,到作为娱乐设备的MP3播放机,已经快成为人人具备的便携式电子设备。我们所研究的功率放大器就是将输入小信号转化为输出大信号的装置。其中功率放大器又有谐振功率放大器与非谐振功率放大器之分。总的来说，放大器有A（甲）类，B（乙）类，AB（甲乙）类，D类放大器等。何为高效的功率放大器。就此设计来说，电压放大20倍左右，电流输入为MA级，输出为A级。效率为80%已经是很高要求的高效率功率放大器了。所有这些便携式的电子设备的一个共同点就是都有音频输出,也就是都需要有一个音频放大器;另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下,D类放大器应运而生了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。 高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要,在大功率的电子设备中也需要。因为,功率越大,效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善,高保真音响设备和更高挡的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中,往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时,低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。D类放大器在这些设备中也扮演了极重要的角色。D类功率放大器又叫开关型功率放大器，现在又有人称之为数字功率放大器。它利用晶体管的高速开关特性和低的饱和压降的特点，效率很高，理论上可以达到100%，实际上可以达到90%。此电路不需要严格的对称，也不需要复杂的直流偏置和负反馈，使稳定性大大提高。用同样的功耗的管子可得到比AB类放大器高4倍功率的输出。D类功放的功率器件受一高频脉宽调制( PWM) 脉冲信号的控制,使其工作在开关状态, D类放大器的电路共分为三级：输入开关级、功率放大级及输出滤波级。能极大地降低能源损耗，减小放大器体积，在体积、效率和功耗上要求较高的场合具有很大的优势。另外，现代保真音响系统常采用数字音频设备如CD、DAT（digital audio tape），近年发展起来的DVD、计算机多媒体设备、MP3等也都是数字音频信号源。数字音频信号采用脉冲编码调制技术（PCM），信号分辨率通常为12位或16位，采样频率为44.1KHZ（CD）或48KHZ（DAT）。由于数字信号在存储、传输和数据出来上的优点，使人们开始追求数字式功放代替传统的模拟功放，这也使得D类功率放大器受到更大的关注。D类放大器虽然具有很高的效率,但由于功率晶体管的开关工作方式,D 类放大器引入的失真通常大于线性放大器,这是目前D 类放大器在音频放大领域并未得到广泛应用的主要原因。随着半导体及微电子制造技术的不断发展,高速、大功率器件已越来越多,人们对音频功率放大器的要求更加趋向高效、节能和小型化,所以D 类(丁类) 音频功率放大器越来越受到人们的重视。 D类放大器是目前音频播放器的非常有前途的发展方向，他更好地适应了便携式电子音频设备对功率放大器的高效率，低失真的的发展要求。二、设计（论文）主要内容（1） 功率放大器a. 3dB通频带为300Hz20kHz，输出正弦信号无明显失真。b. 最大不失真输出功率1W。c. 输入阻抗10k欧姆，电压放大倍数为120连续可调。d. 低频噪声电压（20kHz以下）10mv，在电压放大倍数为10，输入端对地交流短路时测量。e. 在输出功率500mW时测量得功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）50%（2） 设计一个放大倍数为2得信号变换电路，将功率放大器双端输出得信号转换为单端输出，经RC滤波供外接测试仪表用。（3） 增加输出短路保护功能。（4） 其他。（5） 各种资源需要量计划及设计准备a 技术准备工作；b 主要需要材料量计划c 各种资料得查阅准备d 现场准备工作等（6）进度计划三、设计（研究）方案1、高效功率放大器类型得选择，采用D类功率放大器，它是用音频信号得幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高得效率。理论上可达100%，实际可达80%95%，所以采用D类功率放大器。2、脉宽调制解调器（PWM），三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理得选择器件参数，可使其能在较低得电压下工作，所以选用此方案。3、高速开关电路选用H桥型输出方式， 此方式可充分利用电源电压，浮动输出得载波峰-峰值可达10V，有效地提高了输出功率，且能达到题目所要求得指标。对开关管的选择也很重要，对它得要求是高速，低导通电阻，低损耗。所以选用高速VMOSEET管，它具有较小得驱动电流，低导通电阻及良好的开关特性。4、信号变换电路，由于采用浮动输出，功放具有很强得带负载能力，故对变换电路输入阻抗要求不高，可以选较简单得单运放组成得差动式减法电路来实现。5、功率测量电路，若直接采用A/D转换器采样音频输出电压的瞬时值，用单片机计算有效值和平均功率，算法复杂，软件工程量大。可以有另外一种方案，就是采用真有效值转换专用芯片，先得到音频信号电压的真有效值，再用A/D转换器采样该有效值，直接用单片机计算平均功率，软件工程量小，精度高，速度快。四、工作进度安排1领任务，针对课题收集资料，开题报告第7周2调查研究，方案论证，总体设计、校核第10周3高效D类功率放大器第11-13周4信号变换电路，音量显示电路第13-14周5短路保护电路设计，稳压电源设计第14周6撰写毕业设计说明书，材料整理装袋第14-15周7准备毕业设计答辩第15周 五、主要参考文献（1） 陈坚主编.电力电子技术及应用.北京：中国电力出版社，2005（2） 周渊深主编.电力电子技术与MATLAB仿真.北京:中国电力出版社，2005（3） 姚金生等主编著.元器件.北京：电子工业出版社，2004.10（4） 陈国呈编著.新型电力电子变换技术.北京：中国电力出版社，2004（5） 吕汀、石红梅编.变频技术原理与应用.北京：机械工业出版社，2003.01（6） 张庆双等编著.电子元器件的选用与检测.北京:机械工业出版社，2002,08（7） 余主编孟尝.数字电子技术简明教程,第二版.北京.高等教育出版社，19