基于LM311电压比较器的D类功放.doc

一、设计名称：基于LM311电压比较器的D类功放二、设计说明 本设计采用PWM调制技术，通过对音频信号的PWM调制，驱动电力MOS管（IRF630/IRF9630），实现音频信号的放大。在末级放大电路及滤波电路中，采用H桥结构，使音频信号在放大后能较好地保真。 载波信号基于TL082构成的三角波电路及其放大电路 音频信号前级放大同样基于TL082构成的放大电路 PWM调制基于LM311，实现了音频信号的PWM调制 本设计主要有四个功能模块组成：载波信号产生、音频前级处理、PWM调制、末级放大滤波模块图如下 载波信号音频前级处理PWM调制末级放大滤波三、电路说明设计电路图1、载波信号产生电路（1）三角波产生电路电路原理图：如图，三角波产生电路由方波产生电路和积分电路构成。由于该三角波将作为载波信号，音频信号一般在20hz到10Khz，所以载波最低频率应该高于50Khz。才能较好地完成对音频的载波功能。参数计算： T=（4*R1*R3*C）/R2 f=R2/(4*R1*R3*C) 由于要求频率在50Khz以上，所以 图一选择C为0.1uf，R2取10K电位器，R1取500欧，R3取200欧，频率从0250Khz可调，这样就能使载波信号频率达到要求 （2）三角波放大电路：由于频率太高，而TL082采用+5(-5)V供电，所以三角波产生电路产生的三角波幅值一般低于1V，必须经过放大，增加其幅值，使其能承载音频信号。在此级放大电路中，放大倍数太小，幅值不够，不能载波，放大倍数太大，三角波失真又会很明显。所以在此级放大中采用电位器根据需要调节放大倍数。R6采用1K，R1采用100K电位器，基于TL082构成负反馈放大回路，可实现0100倍可调图二用电容C2与下级电路耦合，可滤除直流分量，以便实现PWM双极性调制载波信号产生电路仿真图及相关波形 图三在仿真中的频率达到50KHZ时，三角波发生电路输出的三角波幅值就只有0.4V左右，而经过放大，在保持较好三角波特性的基础上，幅值可达到10V以上。2.音频信号前级放大电路 由于音频信号一般只有0.1mV左右，如果直接送入电压比较电路，与5V左右的三角波载波信号进行电压比较，很难得到理想的PWM调制信号。所以需先将音频信号进行放大，然后再送入LM311进行电压比较，实现PWM调制。 如图，C3消除杂波，用TL082构成的放大电路进行电压放大，选取R1为1K，R3为50K，则该放大电路可实现51倍放大，由于采用正反馈，所以不改变音频信号方向，实现音频信号的保真放大。再采用R2实现对音频信号输入量的调节，即可控制音量的大小，又可选择一个较好的幅值作为电压比较器的输入信号，更好地实现PWM调制。在于后级电路的连接中，采用电容耦合，去除寄生的直流分量和一些杂波。3.信号PWM调制信号调制是D类功放的关键部分，为了达到调制频率的要求，选用频率响应很高的LM311作为电压比较器。通过LM311比较三角波与音频信号，实现信号的PWM调制。将音频信号转化为脉冲信号，作为MOSFET管的控制信号，控制IRF630与IRF9630的开关，对音频信号实现放大，并能够保证滤波后保真地恢复音频信号。4.末级放大及滤波电路放大电路中，由于采用PWM调制，电力MOSFET管的开关响应速度必须特别快，实现快速关断和快速打开，这样才能保证信号和音频调制信号一致。通过比较选择了IRF630和IRF9630这对对管，这对电力MOS管的ton为9ns，完全可以满足开关速度的要求，实现音频调制信号的保真放大，而且，电压可由020V，电压选择宽。耐压值可达600V，使用相对安全。采样控制理论中的面积等效原理（冲量相等而形状不同的窄脉冲加载具有惯性环节上时，其效果基本相同），所以音频信号经PWM调制后，音频效果基本不变。只要经过末级滤波电路，滤除其中载入的高频信号，即能恢复保真放大的输入音频信号。为了达到滤波要求，提高滤波质量，所以采用H桥滤波电路。这样不仅可以减小温漂，而且可以获得较好的滤波效果。电容电感值计算：四、调试过程： 1、载波信号部分调试 在调试前级电路时，只接通VCC1(5V)、-VCC1(-5V)，同时为了避免高频影响，影响调试结果。先将载波用的三角波频率调低，先看能不能产生三角波电路。由于f=R2/(4*R1*R3*C) R2又采用10K电位器，所以调低R2的阻值。将R2调为500欧左右，用示波器观察三角波。测到三角波后，暂时不上调R2阻值，防止在调试音频前级放大部分时，三角波高频载波信号对音频输入信号产生干扰。在调试时，为了防止三角波放大后电压值过大，在三角波调试前，先把R1电位器调为R6的阻值，使三角波处在不放大工作状态，以保证后级电路的安全。 2、音频信号前级放大部分调试先调低电位器R3，保证后级输入电压不会太高。然后接入音频信号，观察输出端，看音频信号能否正常放大。能正常放大后，调节R3的阻值，选择适当的音频信号幅值。同时调节电位器R2的阻值，调高三角波频率，使三角波频率达到100Khz左右，再调节R1的阻值，提高三角波放大倍数，使三角波幅值比音频信号的幅值高一些，达到载波的要求。3、PWM调制部分调试 调节好了载波信号和音频信号后，接通电源VCC2(12V)、-VCC2（-12V），观察PWM信号能否正常输出，如果能正常输出PWM调制信号，进入下一级电路调试。 4、放大及末级滤波部分调试 为了保证IRF630和IRF9630的安全，在前级电路调试成功前，电力MOSFET管都没焊接上去。前级调试成功后，再将功率管焊上去。电路连接完成后，接通电源，用示波器观察水泥电阻两端能否出现正常的音频放大信号。如果出现，调试完成。如果波形不正确，用示波器观察MOS管输出的是否是放大的PWM调制信号，如果是，则调节L、C的值，使滤波电路满足滤波要求。五、设计心得六、