四队和一队一区队

最大的消费类电子商品市场和生产音频功放的需求日益增加因此研究音率致命缺点。随着集成电路技术的发展，移动、数字技术、平面电在音频功率放大器的市场上，AB类一直处于地位近年来随着MP、D和移动 等便携式消费电子产品的普及D类音频功率放大器以高效率低功耗小体积的优点日益成为音响领域的主流在未来便携式和大功率音频视频领域中将具有广阔的发展前景，因此对高效音频功率放大器的设计具有十分重要的意义。 主要介绍D类音频功率放大器与AB类音频功率放大器相比的优势，设计方案解决问题等等步骤在历经一学期的设计与学习总结出D类音频放大器在实际应用中带来的好处，例如可以延长电池，产生的热量等。：DWithadvancesinsemiconductortechnology,Powerintegratedcircuitshavebeenrapidlydeveloped.ThePoweroperationamplifierhasawideapplicationinthefieldsofmilitaryandcivilian.AudiopoweramplifierisanimportantpartofPICistheostiportantarketofconsumerproductsandthebiggestworldmanufacturecenteroftheconsumerproducts.WelaunchareachonaudiopowerTraditionalogaudioamplifiercanbeverylinearbutsuffersfrompoorenergyefficiency.WithimprovementofIntegratedCircuits,Anaudioamplifierofsmallsizeandhighefficiencycancatertotheneedsofamarketcomprising computermultimedia,flatpanelTV.Intheaudiopoweramplifiermarket,ABhasbeenthedominantclass.Inrecentyears,alongwithMP3,DVDandphones,thepopularityofportableconsumerelectronicproducts,Daudiopoweramplifierwithhighefficiency,lowpower,smallsizeadvantageofthefieldisincreasingly ingthemainstreamaudio,portableandhigh-poweraudiointhefutureareawillhaveabrightfuture,Therefore,efficientaudiopoweramplifierdesignisofgreatsignificance.ThispapermainlyintroducesDclassaudiopoweramplifierandABkindofaudiowithotherpoweramplifier.Throughthedataaccessandproblemysis,design,solveproblemsandsoonstep,afterasemesterinthedesignandstudy,summarizesDclassaudioamplifierinthepracticalapplicationofthebenefitsof,forexample,canextendbatterylife,producethetyofheatlow,andsoon.Keyword:ClassDaudiopoweramplifier，high 第一 绪 音频功率放大器的诞生历程和发展趋 D类音频功率放大器的发 本文研究的意 主要内 第二 音频功率放大器的介 功率放大器的分 A类功 B类放大 AB类放大 C类放大 D类放大 音频功率放大器的主要技术指 输出功 频率响 总谐波失 失真 电源抑制比 信噪 增益 关断电流和输出偏移电 第三 D类音频功率放大 D类音频功率放大器的概念和工作原 D类功率放大器的优势和前 D类功率放大器的优 D类功率放大器的发展前 第四章方案论证与设 总体设计分 方案的选择与设 高效率功率放大 信号变换电 方案确 第五章各部分电路分析与设 脉宽调制 三角波产生电 比较器电 前置放大电 驱动电 H桥互补对称输出电 低通滤波 全局电路 第六 总 参考文 音频功率放大器现在已经是一个技术相当成领域几十年来电子工作人类电声技术的可以追溯到上个世纪初，人德弗斯特在弗莱明真121年在贝尔工作的哈尔德布莱克发明了负反馈技术从响技术的发展来达到了一个崭新的阶段比较具有代表性的像“逊”放大器成功的运用了负反馈技术大幅减小了放大器的失真度[1电子管放大器的发展在0年代到达了一个，种类繁多的电子管放大器层fH的典型值只有4000Hz，用于输出大电流的功率管的耐压值大30V~40V之间。这样一来，放大器的带宽就-3dB带宽通常只有10KHz输出电容的OCL放大器和无输出变压器的OTL放大器时，找不到三个性能指使得在电路中加深度负反馈变得十分谐波失真没有得到很好的抑制因此，1980年开始，欧洲一些电子公司抓紧研究电子管功率放大器与晶体管功率MOS管音频功放。MOS管器8150W。到了九十年代，MOS场效应管的制作技术有了巨大突MOS随着科技水平的日益提高，消费者尤其是一些音乐者对音频功放的要A类、B类、ABD类。与其他三类有所不同的是，D类功率放大器工100%，80%80%以上。D类放大器，国外对数字音频功率放大器领域进行了二三十年的研究。在0世纪0年代中期研制出8bit的数字音频功率放大器183年国外提出了D（数字） 功率放大器的基本结构。但是这些功放仅能实现低位A功率转换随着数字信号处理S)和音频数字压缩技术的结合、新型离散功率器件及其应用的发展使开发实用化的1t数字音频功率放大器成为可能。简单地说历史上出现过三代D类放大器设计：，TacTMillenniumD类放大器的概D类放大器向着实用性的D类放大器把一个用于模拟源信号的信号和一个集成的输出、声音作为模拟信号进行处理可追溯到记录还是音频重放系统其音质已达到很高的水平周目前音频技术是一响系统等电子消费产品以及笔记本计算机和便携式音响系统的耳机和扬声器驱、品，包括、MP3器和PMP系统中。考虑到AB类功率放大器能够提供高品质的信号放大性能因此非常适合耳机和一些小功率喇叭的应用但是由于、更新的便携式产品对多功能有著更高的要求立体声音频3D环绕音效以及大音量输出已逐渐成为新一代便携式多产品必不可少的功能。因此具有更DD类音频功率放大器方面的资料，本文采用调制技术来实现D类音频功率放大器，主(1)研究了基于D类音频功率放大器的系统结第二章TVPC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个院或礼堂要求。A类、B类、ABD类。其中时间不同将传统功率放大器分为A、B、AB类。AAA类功率放大器中的晶体管处于导电状态，但对输入信号的放大幅度有限。A类放大器具有最完美的线性，输出管放大信号的全波，Distortion作状态如图2-1所示：25%，A类放大器效率低，在理想情况下其效率也只有50%[3]，考虑到晶体管的饱和压降及漏电流造成的损耗，A45%。除此之外，AA类功率放大器需要加装大型的散热装备，所以A类机在重量和体积上都要比其他类型的机子大，使生产成本陡增，这也是A类机标价高昂的原因，A类功放机的标价大约是相同功率的AB类功放机的两倍甚至效率和成本这两方面严重制约了A类放大器的发展BB类放大器的优点了A类放大器效率低的状况。B类（乙类）放大电路的典型工作状态如图2-2 B类放大电路的典型工作状B类放大器是目前比较普遍的一类放大器，市场上所销售的放大器有90%BB类放大电路，它的基本原理是一致的，即设置静态工作点让放大器静态电止状态，因此在输出信号上会出现正负半周之间有一小段时间NPN管与PNP器的输出级电路及其交越失真如图2-3所示：2-3BABAB类放大器，又被称甲乙类放大器，事实上它是AB类相结合的产50%—100%之间，B类放大器AB类（甲乙类）工作状态工作。AB类（甲乙类）放大电路的典型工作状态2-4所示：2-4ABAB类（甲乙类）工作状态通常是两只不同类型的晶体管推挽工作，AB类放大器的典型电路如图2-5所示。 AB类放大器的典型电0R1、R2、R3D1、D2T1、T2的基极之间出现一个压降使电压UB1、B2略大于T1管和T2管的BE结电压之和，这样就会使T1T2管都处在微导通状态，静态时两个晶体管都有电流流过，但是电流非0ui的作用下，T1T2管中的电流会跟随ui的变化交替增大，当T1管导通的时候，则T2管一定是截止的，反之亦然，T1T2管始终是交替导通和截止，并将流过他们的电流毫无保留地送入扬声器，因此，AB类放大器只产生较小的热量，并且效率提高了很多，能70%以上[7]。CC50%的工作类别。C类（丙类）功率放大器可大幅度提高效率，其功率转换效率大于B类放大器功率理论最大值的78.5%，但是由于真较高，因此很难用于音频功放。C类放大器主要用于射频电路中，给放大器加上RCL作为负载，用于无线电台的发射系统[16]，极少用于音频放大器中。C类（丙类）放大电路的典型工作状态如图2-6所示： C类放大电路的典型工作状DD类功放原理与其他功放不同，它是一种将模拟信号通过脉宽调制技术100%AB类只能50%件参数，其音质效果也可达到AB类功放的音质水平。图2-7示意了D类功放的原理，将输入信号与三角波进行比较，形成波来控制晶体管的开关状态，达到高的效率，减少功耗，可以降低对散热的要求，降低了生产成本。随着人们对音频功放的要求越来越高，Class-D将在音频功率放大器领域的地位变得越来越重要，成为领域的主品。 大器是数字放大器。BABA类放大器效率高、失真小，功D类放大器具有效率高，低失真，频率响应曲线好以及元器件少等优点。AB类放大器D类放大器是目前音频功率放大器选用的主要电路形式。是指以稳态正弦波进量所得到的指标。这实际上是属于经典控制理论(class—icalcontro1Theory)中的频率分析法。这种方法在二十世纪二三十年代便真，瞬态响应及瞬态失真等。效值Uo和输出电流有效值Io的乘积来表示，即：来确定的输出功率。如某功放额定输出功率为20W，是在THD=10%时测得的，限制时功放给出的最大功率叫做最大输出功率Pom。最大输出功率反映了一个音频功率放大器推动负载的能力通常音频放大器厂家都会提品在一定工作ZOHz~20KHz频率范围内频率响应平直就已经足够，但是由于真正的音乐中所含有的泛音(谐波)是有可能这个范围的，加上为10Hz1OOKHz等。习惯上对频率响应范围的定义是:当输出电平在某个低频33分贝时，该点为上限频率。这个点还可叫做半功率点(HalfPowerPoint)。因为当功率下降了一半时，电平恰好下降了3分贝。有一点必须的是虽然半功率点对某0.1分贝。此外，必须强调的是频率相应曲线图实际上(相位差)示非线性失真(NonlinearDistortion)的程度谐波失真是指原有频率的各种倍频对8KHz的频率信号时，会产生16KHz的2次谐波、24KHz的3次谐波以及许多更高次的谐波。总谐波失真（THD，TotalHarmonicDistortion）就是各次谐波叠加在一起，导致输出点设置不合理或输入信号幅值太大造成的。一般来说，我们把IKHz频率处的总顾名思义失真(IntermodulationDistortion)是指由于信号互相调制所引有信息。产生失真的过程实质上也是一种调制过程，由于放大器不可能做到外信号，依此类推，当原信号为N个时，输出信号便会有N(N一1)个。可以想像的是，当输入信号是复杂的多频率信号，例如管弦乐时，由失真所产生的 虽然失真和谐波失真同样是由放大器的非线性引起两者在数学观点上简单的说，谐波失真是对原信号波形的，即使是单一频率信号通过放大线路也会产生这种现象，而失真却是不同频率之间的互相干扰和影响，测量因此必须想方设法“抑制”噪声。电源纹波抑制比（PSRR，PowerSupplyRejection音频功率放大器对电源的纹波大小的要求，PSRR值越大，音频放大器输出音质信噪比(SignalNoiseRatio)1OOdB时，输出电压是噪声电压的一万倍，以电增益 DD类功放原理与其他功放不同，它是一种将模拟信号通过脉宽调制技术D类音频功率放大器是将音频信号转换成脉宽变化的形式，再由100%AB类50%的元件参数，其音质效果也可达到AB类功放的音质水平。3-1Class-D输出就是信号。它被用来控制高速功率开关，使得信号在更高电平上重建，并能为负载（扬声器）提供更大电流。该信号在经过一个无源D类功率放大器最常用的拓扑结构为脉宽调制结构，即使用包含模拟信号3-2来说明。 D类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制()模式。利用能大技术。D类数字功放首先把模拟音频信号变换为脉冲宽度调制()信号，如3-3。 在转换中，以44.1kHz48kHz8b16b的量化率(即模拟信号振幅值的读出刻度)A／D(模拟／数字)变换，然后再把数字信号进行高效率放大(D类放大)。由于音频信号的信息全部包含在脉冲的宽度 3-4DPCM信PCM／两种脉冲编码的转换装置DDLC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作10080％～95D类功率放大器。D3、长，在高效、低功耗、数字化电路的共同作用下，使功率放大器可、6能力强数字功率放大器是工作在开关具有更好的能力，、D目前便携式消费类电子产品(如：、MP3、PDA、便携式GPS等)日益流D类放大器与线性音频放大器(如ABAB类)(AB类)来4-1方案:高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的就是功率放大器部脉宽调制器 方案一：可选用脉宽调制集成块，但通常有电源电压限制①5V电源电压，最大输出功率远达不到题目的基本要求。 H桥型输出方式(4-3所示)。此方式可充分利用电源电压，浮动输出载波的峰-10V，有效地提高了输出功率，且能达到题 ②.、 在时间开关特性不够好使整个功放的静态损耗及开关过程中的损耗较大；管的最大缺点是导通压降太大。、VMMOSFET管。VMOSFET管具有较小的驱动电流、低导通电VMOSFET管。DD类功放针对的是对D类放大器由4-4它采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的电路，用输入的输出滤波器将方波转变为音频信号推动扬声器采用全桥的D类放大器可2倍，可采用单电源供电。实现时，通常采取2路输出脉冲相位相反的方法。其输出电压是叠加变大的，经过低通滤波器后，比较器比较器（产生波三角波产生电音频输H桥4-4TLC4502LM311来实现，5-1所示。TLC4502不仅具有较宽的频带，而且可以在较低的电压下5-1常 调制电路如图5-2所示电路以音频信号为调制波频率为的三角波为载波信号均加上2.5V的直流偏置电压通过比较器进行比较的比较器LM311。由于比较器LM311的输出级是集电极开路结构，输出端须加上拉电阻，上拉电阻的阻值采用资料上的推荐阻