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1、1音频功率放大器课题设计音频功率放大器课题设计课题名称_音频功率放大器_所在院系_机械电子工程学院_班 级_学 号_姓 名_指导老师_时 间_2一、任务书（指导教师提供）设计课题： 带前置放大的音频功率放大器设计任务与要求设计一个定时器，基本要求如下：查找一个感兴趣的电工电子技术应用电路，要求电子元件超过3050 个或以上，根据应用电路的功能，确定封面上的题目，然后完成以下任务：1、分析电路由几个部分组成，并用方框图对它进行整体描述；2、对电路的每个部分分别进行单独说明，画出对应的单元电路，分析电路原理、元件参数、所起的作用、以及与其他部分电路的关系等等；3、用简单的电路图绘图软件绘出整体电路
2、图，在电路图中加上自己的班级名称、学号、姓名等信息；4、对整体电路原理进行完整功能描述；5、列出标准的元件清单；3设计步骤1、查阅相关资料，开始撰写设计说明书；2、先给出总体方案并对工作原理进行大致的说明；3、依次对各部分分别给出单元电路，并进行相应的原理、参数分析计算、功能以及与其他部分电路的关系等等说明；4、列出标准的元件清单；5、总体电路的绘制及总体电路原理相关说明；6、列出设计中所涉及的所有参考文献资料。设计说明书字数不得少于 3000 字。参考文1、 电工电子实践指导 （第二版） ，王港元主编，江西科学技术出版社（2005）2、 电子线路设计、实验、测试 （第二版） ，谢自美主编，华
3、中理工大学出版社（2000）3、 电子线路设计应用手册 ，张友汉主编，福建科学技术出版4献 社（2000）4、 555 集成电路实用大全 ，郝鸿安等主编，上海科学普及出版社5、 电子技术基础实验研究与设计 ，陈兆仁主编，电子工业出版社（2000）6、 毕满清主编，电子技术实验与课程设计 ， 机械工业出版社。7、 用万用表检测电子元器件 ，杜龙林编，辽宁科学技术出版社（2001）8、 新型集成电路的应用 ，梁宗善，华中理工大学出版社（2001）9、 新颖实用电子设计与制作 ，杨振江等编，西安电子科大出版社（2000） 。5三、目录三、目录第一章绪论. (5)11 论文选题意义与音频功放的发展趋势
4、. (5)1.1.1 音响的相关知识简介.(6)第二章 方案设计. (8)21 功率放大器的分类. (8)2.1.1 A 类放大器. (8)21.2 B类放大器. (9)第三章 单元电路设计. (10)3.1 XPD7026 的反馈环路设计.(10)3.2通道D类功放环路增益计算的等效框图.(10)3.3完整的反馈环路电路图.(11)3.4 传统的高电源电压基准图.(11)3.5 增益控制及前置运放的设计.(12)3.6 全差分运放的设计.(14)3.7 振荡器电路设计.(16)3.8 驱动逻辑电路的设计.(18)第四章总体电路设计 XPD7026 的系统设计.(19)第五章课程设计总结 .(
5、24)第六章 电子元件清单.(25)第七章总电路原理图.(26)第八章参考文献.(27)61 1 引言（或绪论）引言（或绪论）本课题的设计工作来源于西安电子科技大学科研项目“高效低nm音频D类功率放大器的研究与设计”，主要对D类功率放大器的工作原理及性能进行理论研究并设计实现。本课题论文首先分析了各种音频功率放大器的工作原理以及各自的性能特点，重点阐述了D类音频功率放大器的工作原理和脉宽调制方案，并在此基础上设计了一款大功率输出、低功耗、无需输出滤波器的立体声音频D类功率放大器D7026。该芯片采用一种新颖的脉宽调制方案，通过对PwM调制信号进行半波整形并利用全桥输出级降低了D类功率放大器对输
6、出滤波器的依赖。文中重点阐述了D类功放大器的关键子模块设计，如振荡器、前置运算放大器、积分器、PWM比较器以及基准源。特别是文中提出了一种新颖的可以作为片内电源的带隙电压基准，从而降低了D类功率放大器的静态功耗，提高了D类功率放大器的效率。另外，通过引入电荷泵驱动模块使得输出级可以全部采用NMos晶体管作为开关管，大大节省了芯片面积。整体电路基于某公司O印m BCD工艺设计，使用Cad锄ce等EDA软件完成整体电路的前仿真验证。仿真结果表明，电路功能和性能指标均已达到设计要求。1 11 1 论文选题意义与音频功放的发展趋势论文选题意义与音频功放的发展趋势随着便携式电子、通信和计算机产品技术的不
7、断发展，功率放大器的性能对产品的质量有着越来越重要的影响，特别是功率放大器的功耗将直接决定以电池为供电主体的便携式电子产品的使用周期【II。而线性功放(A、B、AB、C类)虽然具有较好的线性度和nD性能，但它们的功耗均较大，且散热量大，严重制约了其在便携式电子产品上的应用。在国外，早在1958年就提出了D类功放，随各项关键技术的成熟，近些年逐渐流行起来。其与线性功放最大的区别在于，可以提供高效率和大功率输出。低失真、大功率、高效率是对功率放大器提出的普请留出一个汉字的空间，下同7遍要求。D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100，实际的运用也可达80以上。其功率器件的耗散功率小，产生热量
8、少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦，而对于便携式应用通常可以去掉散热器。D类功放的功率M0s器件设计有自保护电路，而且不会引入非线性失真。但由于D类功放采用PwM调制方式，为了提高音质，降低失真，必须提高调制频率，但是在较高频率下，会产生一定的问题。同时，D类功率放大器对器件的要求较高，不利于降低成本f3】。但是，音频D类功率放大器具有高效、节能、数字化、体积小、重量轻的特点，因此，音频D类功率放大器取代模拟音频放大器是必然的发展趋势。目前，国际上几家著名的模拟IC设计公司早在20世纪末就推出了自己的音频D类功率放大器系列产品和评估套件，如德州仪器(TI)的nA系列，美
9、国国家半导体公司(Nation“Semiconductof)的u46、47系列以及美信(MAxIM)的MAx97系列。这些D类功放产品，在芯片效率、输出功率、信噪比以及芯片面积等特性上有较出色的表现。国内有几家公司正在研究开发音频D类功率放大器，但大多采用的是国外“评估件”、专用IC，开发成本高，如：成都天奥集团投资45万人民币无滤波器立体声音频D类功率放大器专用集成电路的设计与实现其博士后工作站研究音频D类功率放大器，但目前仍处在研究中小功率阶段。因此，国内便携式设备所应用的音频D类功放市场大部分被国外公司所垄断。1.1.1 音响的相关知识简介音响的相关知识简介一、声音的基本特性嗍音量：它与
10、声波的物理量“振幅”有关，声波的振幅大，人耳就感觉声音响，音量大，反之，则声音轻，音量小，音量的大小是人耳听觉的主观感觉。音调：是人耳对声音调子高低的主观感觉，声调的高低与声音的物理量“频率”有关，其对应人耳的听觉范围为：20H乃以0KHz称之为可听声，低于20Hz称为次声，高于20K称为超声，人耳对3KHz4KHz的声音最敏感。音色：又叫音品或音质，它是由声音的波形决定的，电子管功放的偶次谐波8多，奇次谐波少，声音柔美，甜润，晶体管功放奇次谐波多，偶次谐波少，声音冷艳，清丽。二、音响的结构及参数音响由前置放大器和功率放大器构成。前置放大器承担控制任务为主，对各种声音源信号进行选择和处理，对微
11、弱信号放大到O5VlV，进行各种音质控制，以美化音色。功率放大器，承担放大任务，是将前置放大器输出的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。功率放大器有电压放大和电流放大之分，对其要求是输出的声音宏亮而不失真。三、放大器技术指标15】1额定功率：音频放大器输出失真度小于某一数值(r0。当输入音频信号幅度未超出线性范围，集电极工作状态处于截止区和饱和区之内，集电极电流为完整的全周期导通的正弦波，此时导通角为180度(导通角是以最小值至最大值之间占全周期的部分来计算，全周期导通时为180度)。这种放大状态失真度较小，只受器件特性曲线的影响，若器件线性好则失真最小，但是，当无交流输入时，有约一半幅度
12、(Q点)的直流电流，其损耗为IcQVDD，故效率是最低的，低于50，所以这种A类功率放大10仅用于很小功率的收音机、助听器中，也有用于高级的HiFi功放中17】。2 21.21.2 B B类放大器类放大器B类(乙类)放大器，是指器件导通时k间为50的一种工作状态。从A类放大器可以看出，静态电流是造成管耗的主要因素，也是A类放大器效率低的原因。B类放大的典型工作状态如图22所示。B 类放大器是把静态工作点偏置为图 22 中的 Q 点，处于截止点上，此时 ic=O，使信号等于零时电源输出的功率也等于零(或者很小)。当输入信号增大时电源供给的功率也随之增加，这样电源供给功率及管耗都随着输出功率的大小
13、而变化，效率超过 50，理想情况下最高可达 785%。11三三 单元电路设计单元电路设计3 31 1 XPD7026XPD7026 的反馈环路设计的反馈环路设计 本节详细介绍xPD7026的反馈环路设计PWM调制的增益是输出PwM信号幅度和输入三角波幅度之比即：其中VP是PwM调制信号的幅值，T是输入三角波的幅值。为了说明方便，将图 42 所示的系统框图简化为图 43 所示的单通道 D 类功放。对于图43计算其闭环增益为：3.23.2单元电路二单通道单元电路二单通道D D类功放环路增益计算的等效框图类功放环路增益计算的等效框图 其中电阻R两l、RINl、R甩7、RL5必须具有良好的线性度和匹配性，以获得良 好的闭环性能。对于图43的反馈结构，将PwM比较器利用式(41)等效，如图 44 所示。图44即为单通道D类功放环路增益计算的等效框图，由此可得：12则环路增益为：3.33.3单元电路单元电路3 3完整的反馈环路电路图完整的反馈环路电路图以上以单极点系统为例介绍了，D7026的反馈环路设计，实际中，D
