本科生毕业设计过程管理手册

1 本科生毕业设计本科生毕业设计( (论文论文) ) 过程管理手册过程管理手册 题题 目目（中文中文） ：） ： 基于基于 D D 类功放家用音响的设计类功放家用音响的设计 （外文外文） ：） ：Design of class D power amplifierDesign of class D power amplifier based on homebased on home audioaudio 学生姓名学生姓名： 王协平王协平 学学 号号： 2011249620112496 专专 业业： 电子信息工程电子信息工程 届届 别别： 20152015 届届 学学 院院： 通信与电子学院通信与电子学院 指导教师指导教师 姓名及职称姓名及职称： 殷志坚殷志坚 教授教授 江西科技师范大学教务处制江西科技师范大学教务处制 20152015 年年 5 5 月月 2 毕业设计毕业设计（论文论文）任务书任务书 （由指导教师填写） 一一、毕业设计毕业设计（论文论文）的内容和要求的内容和要求 1.毕业设计内容：设计一种基于分立元件设计的 D 类音频功率放大器，利用一些运 算放大器、比较器和门电路芯片产生三角波、采样波、PWM 波、SSPWM 波，最后驱动高 速 VMOSFET 开关管构成的 H 桥电路进行功率放大，对输出波形滤波就得到了功率放大 后的音频信号。同时完成相关测试，掌握相关理论知识。 2.毕业设计要求： (1) 基本要求：利用分立元件设计一个低功耗、高效率的 D 类功率放大器。 (2)论文基本要求： 结构合理、条理清晰。内容丰富、充实，论据充分，观点正确。 按范文规定的格式书写和排版。文字、符号、图表符合技术规范； 要有自己的观点，不可抄袭别人的文章。规范引用参考文献的内容。 摘要是对论文主要观点的简介，要写得简要明确，译文和关键词要准确。 (3)其他要求： 认真阅读参考文献，并对主要观点作好记录。 经常向指导教师汇报工作进展情况，争取及时得到教师的指导，解决问题。 严格执行毕业设计进度计划，按期提交初稿、二稿、三稿给指导教师批改。 二二、参考文献参考文献 1 沈尚贤.电子技术导论M. 北京: 高等教育出版社,1985. 2 李瀚荪.电路分析基础M. 高等教育出版社.2001,78-86 3 邹天汉:数字功放和音箱设计与制作M. 人民邮电出版社/2004 4 方佩敏:音频功率放大器J.电子世界 ，2003 年 08 期 5 童建华:音响设备技术M.（电子工业出版社）2010 年 1 月 6 丁明. 实作 D 类功率放大器J. 无线电与电视. 2002.2,23-28 7 杨恒.开关电源典型设计实例精选M.中国电力出版社.2007.9 8 李定宣.开关稳定电源设计与应用M.中国电力出版社.2006.8 9 赵学良，张国华.电源电路M.北京:电子工业出版社,1995. 10 胡斌.电子工程师识图M.北京: 电子工业出版社,2007. 11 张义申，陆坤等.电子设计技术M.西安:电子科技大学出版.1996 12 吴显鼎.集成电子线路设计手册M. 福建人民出版社. 13 Jae H. A Class D Switching Power Amplifier With High Efficiency and WideBandwidth by Dual Feedback LoopsJ. IEEE, 1995, 25(7): 428-429. 14 Choi S C, Lee J W, Jin WK, et a1. 10-W Single-Chip Class D Power Amplifier with very high efficiency for audio applications J. International Conference on Consumer Electronics, 1999, 18-19. 15 Krit S, Hassan Q. Class D audio Amplifier with trim-able Ramp Generator design theory and design implementation for portable applications J. IEEE International Conference on Design 建立 了分析输出功率以及输出效率的较精确的数学模型,通过实验证明与实际相符。 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 类放大器的高 效率除了节省电源器件的成本以外亦节省电源的浪费或电池的消耗,优化了整个材料 系统及使用环境，所以它必然会在以后的社会生活中发挥更大的作用。D 类功放以其 显著的特点和优良的性能，已广泛应用于车用数字影音娱乐、PDA 、MP4 、移动电话、 高清电视、平板电视等领域。随着应用环境对产品体积、效率、音质、省电等方面的 要求，D 类功放将逐渐成为音频设计人员的首选。 传统的音频功率放大器主要有 A 类(甲类)、B 类(乙类)和 AB(甲乙类)。 A 类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件， 它的优点 是输出信号的失真比较小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最 高效率为 50。 B 类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为 50，它的优点是 在理想情况下效率可达 785，但缺点是会产生交越失真，增加噪声。 AB 类(甲乙类)功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在 50100之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。 然而，传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节 能和小型化的发展趋势的矛盾，使得 D 类(丁类)音频功率放大器得以出现和发展。本 系统即采用 D 类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小巧、便携要 求的实际需要。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。 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 5 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。 6 选题研究现状 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。通过研究 ,我们认为国际国内专业部门应尽快制订 类数字音频功率放大器检测方法标准 ,同时应尽快将类数字音频功率放大器检测方法 标准 ,同时应尽快将类数字音频功率放大器内容编人高教教材 ,改变数字 、科研落后 于应用的现状 。 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 7 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。 8 研究内容（包括基本思路、框架、主要研究方式、方法等） 本系统核心是一种基于分立元件设计的 D 类音频功率放大器，主要是用一些运算 放大器、比较器和门电路芯片产生三角波、采样波、PWM 波、SSPWM 波，最后驱动高速 VMOSFET 开关管构成的 H 桥电路进行功率放大， 对输出波形滤波就得到了功率放大后的 音频信号。 基本思路介绍如下： 第一步：查阅资料，较深入的了解一下 D 类功放,在自己的脑海里面先构建好一 个粗略的系统框架，如下图 1-1； 图图 1 1- -1 1 第二步：对框架图的各部分进行电路的设计，把基本的电路框图确定，基本电路 框图如图 1-2 所示； 图图 1 1- -2 2 第三步：对单元电路选择适当的芯片以及电子元器件，并进行电路的焊接制作； 第四步：调试电路，对基本电路中不够完善的地方进行适当的完善，对电路功耗 与效率以及特殊点的波形进行测试并记录。 本文再对各个模块的功能进行展开做进一步的阐述。 实现本课题的主要研究方法有：文献法、实验法和分析法。 9 论文提纲(含论文选题、论文主体框架) 论文选题：智能家居的监测系统的研究 论文主体框架： 一、方案设计与论证 1.1 D 类功放基本框架结构 1.2 调制电路方案设计与比较 1.3 功率输出电路方案设计与比较 二、功能电路的设计 2.1 音频前置放大电路 2.2 PWM 调制电路 2.2.1 三角波产生电路 2.2.2 SPWM 调制电路 2.2.3 SSPWM 调制电路 2.3 低通滤波器方案设计 三、电路装配和调试 四、测试方法与测试结果 五、结束语 参考文献 致谢 附件：电路图图纸 主要参阅文献 1 沈尚贤.电子技术导论M. 北京: 高等教育出版社,1985. 2 李瀚荪.电路分析基础M. 高等教育出版社.2001,78-86 3 邹天汉:数字功放和音箱设计与制作M. 人民邮电出版社/2004 4 方佩敏:音频功率放大器J.电子世界 ，2003 年 08 期 5 童建华:音响设备技术M.（电子工业出版社）2010 年 1 月 6 丁明. 实作 D 类功率放大器J. 无线电与电视. 2002.2,23-28 7 杨恒.开关电源典型设计实例精选M.中国电力出版社.2007.9 8 李定宣.开关稳定电源设计与应用M.中国电力出版社.2006.8 9 赵学良，张国华.电源电路M.北京:电子工业出版社,1995. 10 胡斌.电子工程师识图M.北京: 电子工业出版社,2007. 11 张义申，陆坤等.电子设计技术M.西安:电子科技大学出版.1996 12 吴显鼎.集成电子线路设计手册M. 福建人民出版社. 13 Jae H. A Class D Switching Power Amplifier With High Efficiency and WideBandwidth by Dual Feedback LoopsJ. IEEE, 1995, 25(7): 428-429. 14 Choi S C, Lee J W, Jin WK, et a1. 10-W Single-Chip Class D Power Amplifier with very high efficiency for audio applications J. International Conference on Consumer Electronics, 1999, 18-19. 15 Krit S, Hassan Q. Class D audio Amplifier with trim-able Ramp Generator design theory and design implementation for portable applications J. IEEE International Conference on Design & Technology of Integrated Systems, 2007,208-212. 10 研究进程安排(包括提纲、一稿、二稿、定稿起讫时间) 1、 2014 年 10 月 8 日12 日，下达任务书，开始收集、查阅参考资料。 2、 2014 年 11 月 9 日13 日，学院召开开题会并检查开题报告和文献综述。 3、 2015 年 3 月 31 日前，完成初稿并交给指导教师批改。 4、 2015 年 4 月 9 日前，把初稿中出现的错误进行了更正，将内容进一步充实的基础 上完成了二稿并交给指导教师批改。 5、 2015 年 4 月 30 日前，把老师指出需要改进之处进行了综合与修改，并把三稿给指 导教师批改，指导教师写出评语。 6、 2015 年 5 月 23 日，论文答辩。 7、 2015 年 5 月 30 日，交论文定稿。 其它说明 1.文献综述 1 份 （3000 字以上） 2.开题报告 1 份 3.论文 1 份（8000 字以上） 4.任务书 5.中期检查表 指导教师是否同意开题 论文选题符合人才培养要求，选题依据充分，内容比较全面，组织合理，参考文 献丰富，同意开题。 签名: 年 月 日 学院教学负责人签署 签名: 年 月 日 11 毕业设计毕业设计（论文论文）指导过程情况登记表指导过程情况登记表 一稿指导意见： 1. 本设计为实物制作，总体达到要求； 2. 设计中滤波元件的选择依据不足，计算过程不清； 3. 电路总体调试不够，参数实现上，仪器选择上要加强； 4. 电路波形截取，可以选择不同的版面； 5. 格式不够规范； 请根据以上修改意见完善一稿。 指导教师（签名） ： 年 月 日 二稿指导意见： 1. 摘要侧重要详细，重点介绍设计做了什么，有什么特点； 2. 第二章的系统设计总体框图要给出来； 3. 测试以后缺少对测试波形和数据的分析； 4. 电路图、波形图标注的格式不统一，而且有的图有标注有的图又没有； 根据以上修改意见完成三稿。 指导教师（签名） ： 年 月 日 12 三稿指导意见 1、 论文有的地方对理论阐述的不够深彻； 2、 测试波形可以适当多取几个点进行测试说明； 3、 部分地方语言表达略显生硬，需要加强； 4、 注意标点符号的格式使用，有的地方错用英文标点符号； 根据以上修改意见完成定稿。 指导教师（签名） ： 年 月 日 定稿指导意见 通过修改，论文设计和实物制作中利用分立元件进行设计的 D 类功放电路体现 了本专业的知识体系，整个系统包括电路设计与调试，知识结构合理，技术手段可 行。 论文基本达到任务书中设计的要求， 同时电路的制作调试也能实现相应的功能， 论文语言比较流畅、层次分明。 该系统的实物已制作出来， 体现该同学在调试方面分析问题和解决问题的能力， 虽然还存在一些功能参数设计上的问题，但基本达到了指导老师提出的要求。 希望后期能在音质优化和功能扩展方面进一步进行研究和探讨， 同时加强调试 和参数设计的方法和手段，更好的锻炼自己的能力和水平。 制作过程也能实现预期的要求，同意定稿。 指导教师（签名） ： 年 月 日 13 本科毕业设计本科毕业设计（论文论文）中期检查表中期检查表（指导教师填写指导教师填写） 检查时间： 2015 年 4 月 5 日 毕业设计(论文)起始 工作时间 201411.08 毕业设计(论文)计划 完成时间 2015.04.30 何时向学生下达毕业设计（论文）任务？ 2014.10.20 毕业设计（论文）选题的难易程度？ 难 ； 较难 ； 中 ；偏易 开题报告、论文提纲完成情况如何？ 好 ；较好 ；中 ；差 是否已提交毕业论文一稿？ 是 ；否 毕业论文一稿完成质量如何？论文格式是否规范？ 好 ；较好 ；中 ；差 规范 ；欠规范 毕业论文一稿文字复制比 小于 30%（含 30%） ； 在 30%-50%（含 50%）之间； 大于 50% 查阅资料、社会调查或实验的开展情况如何？ 好 ；较好 ；中 ；差 查阅资料、开展社会调查或实验等数据记录是否完 整？ 是 ；否 毕业论文(设计)日程安排、拟定的初步方案是否合 理、可行？ 是 ；否 毕业论文(设计)是否按预定计划、日程安排进行？ 是 ；否 学生在毕业设计（论文）工作中的工作态度、纪律 情况如何？ 认真 ； 一般 ； 不认真 指导教师对该学生的指导是否有记录？平均每周对 学生进行指导的次数？ 是 ；否 1 次周，总时间 1 小时周 存在问题及解决措施:学生已开始进入生产实习阶段， 给与学生见面进行指导论文带来了一定 的困难，今后要具体根据各个学生的具体情况，采取不同的方式与学生进行交流，把后半段 的指导工作做好。 总体评价：本系统核心是一种基于分立元件设计的 D 类音频功率放大器，该毕业设计便携， 高效，比较贴近实际，内容论证也比较科学合理。 指导教师签字： 年 月 日 注: 请在相应的“”中打“”；此表同学生毕业设计(论文)一起存档,不够填写可附纸。 14 毕业设计毕业设计（论文论文）答辩资格审查表答辩资格审查表 检 查 内 容 任务书 有 无 开题报告 有 无 正文 完成 规范 未完成 不规范 论文定稿查 抄结果 小于 30% 大于 30% 论文册 排版规范 排版不规范 工作态度 认真 不认真 答辩资格审查意见： 答辩委员会主任签字： 年 月 日 15 毕业设计毕业设计（论文论文）指导教师评语指导教师评语 评语内容（对论文基本内容的评价、论文价值（含创造性、学术水平）的评价、论 文存在的问题、论文工作期间的表现、能否参加答辩等） 该设计主要是一个高效 D 类功率放大器，供电电压为直流3V，输入信号幅度 小于 100mV，输出幅度可达到 10V，效率也有 80%以上。系统将音频信号和三角波产 生电路产生的三角波信号作比较，经过脉宽调制器产生 PWM 波，然后经过功率放大， 低通滤波输出，驱动喇叭发出声音，从而达到功率放大的作用。 本论文选题有一定的应用价值，论文中有一些作者自己的观点，有一定的研究 深度。文献材料收集较详实，综合运用了所学知识解决问题，所得数据合理，结论 正确，有一定的创新见解。 对于论文中指出的问题，该生都能认真对待，反复修改，论文中所引用是他人 的无论以何种方式发布的文字、研究成果，均来自参考文献，没有抄袭他人论文的 现象，同意参加答辩。 指导教师（签名） ： 年 月 日 16 毕业设计毕业设计（