《数字功率放大器的设计综述》由会员分享，可在线阅读，更多相关《数字功率放大器的设计综述（32页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、2013届本科生毕业论文 学 号：090302010139成 绩：数字功率放大器的设计 院 部： 电子与信息学院 专 业： 电子信息工程 姓 名： 何洲 指导教师： 二一三年五月毕业论文诚信声明本人郑重声明：所呈交的毕业论文 数字功率放大器的设计 是本人在指导老师的指导下，独立研究、写作的成果。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，均在论文中以明确方式标明。本声明的法律结果由本人独自承担。 毕业论文作者签名： 年 月 日摘 要摘要:在放大器范围中,经常需要使用各种不同频率的放大。放大技术的发展推动了人类社会和国民经济中各个领域的变化，带动着旧工业和其他新兴技术的创新和革命，成
2、为了当今人类社会发展的强大动力。本设计为高精度数字控制放大器设计，采用高精度数字控制来操作，完成了放大器的高精度和显示。以89C51单片机为首要部位，芯片TPA3004D2的放大，红外实时测量。本文从放大思路入手，详细描绘了放大系统的工作原理及硬件电路的设计、显示效果。此文汲取了硬件软件化的观念，实现了题目要求的功能。关键词：放大，单片机，软件化 ，TPA3004D2，89C51AbstractAbstract: amplifier, often need to use a variety of different frequency amplification. Amplification
3、technology to promote the development of human society and the national economy, changes in the field, led the old industrial and other emerging technology innovation and revolutionary, has become a powerful driving force for the development of human society today . The design for the high-precision
4、 digital control amplifier design, using high-precision digital control to operate, high-precision amplifier and display. The primary site 89C51 microcontroller chip TPA3004D2 amplification, real-time infrared measurements.Start from the amplification of ideas, described in detail the working princi
5、ple and hardware design of the amplification system, results showed. This article draws on the concept of hardware and software to achieve the required functions of the subject.Keywords: amplification, single-chip, software, TPA3004D2, 89C51目录第一章 前言11.1 课题研究背景目的与意义11.2 功放的分类11.3 功放的工作原理及特点概述2第二章 电路系
6、统方案设计32.1 设计构思32.2 电路总体框图3第三章 系统模块43.1 单片机模块介绍43.1.1 模块原理图（见附录1）43.1.2 红外一体接收头的功能特性及电路连接43.1.3 红外遥控接收器的测试63.1.4 单片机80C51的电路连接及功能特性73.1.5 D/A转换器MAX541的功能特性103.2 D类功放模块介绍113.2.1 D/A转换器MAX541的功能特性及电路连接113.2.2 D类功放芯片TPA3004D2的功能特性及电路连接12第四章 电路设计制作及调试154.1 Altium Designer 6.9简介154.2实际制作电路的步骤154.3 印制电路板设计
7、原则和抗干扰措施154.4 调制174.5 程序流程图18第五章 分析及结论205.1 测试仪器205.2 测试方法20致谢21参考文献22附录一23附录二24第一章 前言1.1 课题研究背景目的与意义 随着现代电子产品技术的不断成熟，集成电路被频繁使用于各类电子电路中。并且近十几年来半导体技术也在不断的完善，也使得功率放大电路有着了飞速的发展和应用。音频功放电路，其原理是最传统的，最流行于应用上的功放电路。大多数音响系统放大器是模拟品种，流行的模拟放大器，放大器的工作状态可分为：AB类A类和A，B，等等。 A类，AB类放大器是最常见的声音系统。传统的音频放大器有一个共同的缺点是低效率,理论中
8、A类音频放大器25的功效，实际效率约15%-20，B类音频放大器的最大理论效率为78.5，AB类音频放大器理论效率为75，50至70之间的实际效率。所以，当其额定输出功率为大于输出功率，效率会降低，玩动感的音乐，语言，平均效率只有约30%。音频功率放大器的功效低就等于工作时有大部分的电能转化成热能，也可以说这类音频功率放大器需要非常大的散热器。在半导体设计中会有轻薄短小的设计，不仅半导体组件本身的封装要小，模块的尺寸也是决定系统客户是否喜欢的必要条件。世界音视频范围的数字化浪潮和人们对节能低碳环保视音频设备的渴望，促成人们尽快研究开发高效、节能、方便和数字化设备接口的音频功率放大器。就是在这种
9、背景下崛起的D类数字音频放大器。D类数字音频功率放大器是把输入模拟音频信号或PCM(Pulse Code Modulation脉冲编码调制）数字信息转换成PWM(脉冲宽度调制)或PDM(脉冲密度调制)的脉冲信号，接着用PDM或PWD的脉冲信号去控制大功率开关器件开关放大器。工作由于开关处于关断状态，所以它有着高效率，低功耗的好处。单片机具有功耗低、体积小、功效强、性价比高、便于推广等显著优点。在各种基于单片机的应用系统中，需要实现遥控功能的方法中红外遥控则是被使用较多的一种方式。它是通过由红外管发送遥控编码来实现对设备的控制,不同设备发送的红外遥控编码都是不一样的。正是红外无线克服了有线连接的
10、众多不便，所以受到了家电设备厂商、通信设备及电脑外围设备商的高度重视。如果将这三类技术结合起来，那么得到的产品将是非常高端的。本次设计所采用的技术便是全遥控数字音量控制的D 类功率放大器。1.2 功放的分类按功放中功放管的导电方式的不同，通常的功率放大器有A类、B类和AB类及工作在开关状态下的D类功放。1.3 功放的工作原理及特点概述A类功放有电流持续通过功放器件，工作于整个输入信号周期内。其晶体管工作于放大区且在输入信号的整个周期内晶体管永远工作于线性放大区域。由于晶体管的饱和在压降及穿透中电流所造成的损失，A类功放最高效率仅为45%左右，所以其缺点为效率低，输出信号的动态范围小。AB类功放
11、是目前最为流行的功放，其兼顾了效率和失真两方面指标，设计时设置晶体管的静态偏置电路工作于AB类状态。B类功放其晶体管只在输入信号的正半周且工作在放大区，截止于输入信号的负半周，其线性失真比A类功放大且会产生交越失真。但其优点是理想情况下效率为78.5%，比A类提高很多。D类功放又称开关型功放或数字功率放大器。其效率理论可达%100，实际为90%。此电路不需严格的对称和复杂的直流偏置及负反馈，使稳定性大大提高。D类功放的失真比较起其他几类功放来说，其失真较大，这也是D类功放一直以来都未投入市场的主要原因之一。但由于近年来对该类功放的保真度的大力研究，使得D类功放成为最近几年内的热门研究重点。第二
12、章 电路系统方案设计2.1 设计构思TPA3004D2是D类立体声音频功率放大芯片，它具有每通道12W的功率输出，本设计将实现40 dB 到 36 dB增益范围，所使用的是由直流电压调节的立体声音量。设计红外线遥控的数字音量控制立体声音频功率放大器是由Ti公司全D类音频功放芯片TPA3004D2和MCS51系列微处理器所设计的。在设计前必须对所用到器件的功能特性有一个全方位的了解才能很好的设计一个电路。下面会对模块中用到了8051单片机、EEPROM24C04、红外一体接收头、D/A转换器MAX541及D类功放芯片TPA3004D2的功能特性、工作原理及电路连接进行说明及对两大模块的介绍。2.
13、2 电路总体框图电路总体框图如下图红外遥控接收 (接收遥控器编码) 8051单片机 (参数存储)EEPROM24C02 D 类 功 放 芯 片（TPA3004D2）输出为可变电压的DAC（MAX541） (用可调电压控制功放音量) 图2-2电路设计总体框图第三章 系统模块3.1 单片机模块介绍单片机是设计以实现控制功能的微型计算机，是一个计算机的进一步小型化。它的应用首先是所有的控制功能，即是电脑控制。嵌入到对象的环境作为一个智能控制单元以实现手段。因为被控各种各样的对象很多，所用应用十分广泛，如办公自动化领域，工业控制领域，家电商业流通领域，汽车电子，航空电子等领域。它的应用从根本上突破了传统的控制系统的设计思路和方式，用一个新的概念来取代并由微控制技术来实现。单片机应用技术推广普及使得微控制技术将持续发展与改善。这部分的电路实现的功能集成红外接收器接收来自5米远的遥控器的远程控制代码，然后传送到单片机的中断输入口。3.1.1 模块原理图（见附录1）3.1.2 红外一体接收头的功能特性及电路连接一、红外遥控的概念及特点被控对象沿着所预定的方向或轨道对其工作状态、内部参数等发生的远距离操控此乃遥控。在现今社会，遥控技术也在家用电器中很常见，比如电视机、冰箱、空调、电灯遥控等。这些技术给人们带来了极大的方便，更重要的是能提高
