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1、南昌工程学院毕业论文高效音频功率放大器音频功率放大器主要有A类、B类、AB类、D类等。D类音频功率放大器与其它类型音频功率放大器相比有效率高的显著优点，故本论文采用的是D类功率放大器。高效率会带来很多的好处，例如延长电池使用时间，发热低，这些优点使其在移动多媒体设备上具有广阔的发展前景。本文比较了各种类型的音频功率放大器的优缺点，然后重点介绍D类功率放大器的工作原理及其各部分电路选择、分析与计算。功率放大器主要包括的各个模块：三角波产生器、比较器，前置放大器，振荡器，驱动电路，基准电流源，电压反馈环路以及过热，过流，欠压，启动保护电路等进行了设计。 关键词：D类音频功率放大器，脉冲宽度调制，效
2、率 High efficiency Audio power amplifier ABSTRACT：Audio power amplifier mainly include class A class B class AB and class D and so on ,compared with other class audio power amplifier class D audio power amplifier has an such obvious advantage which is high efficiency that we use it for our essay .the
3、res much benefits with high power such as which can make the battery run much longer, and make the audio power amplifier dissipate less heat, all that make it has a boarded promise on mobile m-medias development.First，the advantages and disadvantages of all kinds audio power amplifier is compared，th
4、en the theory of class D audio power amplifier as well as the choice ,analysis and circulation of respective circuit is especially introduced, The circuit includes triangle-wave generator ,amplifier, comparator, oscillation，drive ,current reference, feedback loop,，and voltage loop and thermal protec
5、tion, over current protection, startup protection .KEY WORD: class D audio power amplifier, pulse width modulation, efficiency 目 录目 录 6第一章：绪论.71.1 D类音频功率放大器的研究背景.71.2 D类音频功率放大器的研究意义和现状.71.3 D类放大器技术 8第二章：方案论证与比较.92.1高效率功放类型的选择92.2高效D类功率放大器实现电路的选择.102.2.1脉宽调制器（PWM）.102.2.2高速开关电路10输出方式10开关管的选择. . 112.2
6、.3滤波器的选择12第三章：主要电路工作原理分析与计算.133.1 D类放大器的工作原理133.2 D类功放各部分电路分析与计算. .143.2.1 脉宽调制器.14三角波产生电路.14比较器.173.2.2 前置放大电路.183.2.3 驱动电路.193.2.4 H桥互补对称输出电路.193.2.5 低通滤波器.20滤波器.20低通滤波器器件选择.20常用的有源低通滤波电路的比较.21巴特沃斯滤波器.22四阶巴特沃斯滤波器.233.3 短路保护电路.243.4 直流稳压电源. .243.4.1 直流稳压电源的组成253.4.2 单相桥式整流电路273.4.3 电容滤波电路283.4.4 直流
7、稳压电路29第四章：总结和展望 .30参考文献.31致谢.32- 2 -第一章 绪 论1.1 D类音频功率放大器的研究背景音频功率放大器已经有一个多世纪的历史了，从最早的电子管放大器一直到今天它都在不断的发展更新。随着时代的进步，各种便携式的多媒体设备成为了多媒体设备的一个重要发展方向。从作为通信工具的手机到作为娱乐设备的mp3以及便携式的DVD等等，这些便携式的多媒体设备都需要有音频输出，都需要音频功率放大器，同时它们都是由电池来供电。传统的AB类功率放大器具有较好的线性度，较低的失真，但是工作效率较低的问题一直无法很好地解决。D类音频功率放大器就是在这样的背景下应运而生的。它的最大的特点就
8、是能够提供极高的效率，延长电池的使用寿命。1.2 D类音频功率放大器的研究意义和现状D类音频功率放大器采用的技术为脉冲宽度调制技术PWM(Pulse width Modulation)。将音频信号与三角波或者锯齿波信号相比较，经采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成比例变化的PWM信号，然后经过驱动电路，送入功率放大级，通过PWM信号控制功率器件的开关，实现放大。最后将放大的PWM信号送入低通滤波器，将放大了的音频信号提取出来。D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100，实际的运用通常在90以上。在低输出功率的情况下，D类功放的效率远远高于AB类功放。这使得将它应用在移动多媒体设备上时，相比
9、于AB类音频功放能大大延长电池的使用时间。同时D类功放产生的热量小，可以大大较低对散热的要求，输出功率可以很容易达到数百瓦。凭借其高效率的特点，D类放大器现在开始逐渐取代AB类放大器进入便携式产品、家庭影音设备、专业影音、汽车电子等多个领域，这些不同的应用对D类放大器要求千变万化，这推动了D类放大器产品的多样化和复杂化，各大半导体设计公司纷纷推出性质日趋完善的D类放大器设计。D类放大器销售总值也逐年快速上涨。1.3 D类放大器技术影响放大器效率的基本因素是无信号时的工作电流，所形成的直流功率损耗。无信号时电流愈大则直流损耗大，效率低。为此，要提高效率则应降低工作点，使无信号时，无直流损耗。但是
10、，信号导通角愈小波形失真则愈大，输出信号中谐波成分增加，这两个要求矛盾。如果输入波形其他边沿很陡直，降低工作点后，对导通角影响很小，那么失真劣化不大而效率又可以提高。波形陡直的极端状态时输入信号为矩形波，这种波形，无论偏置如何变化，由于前后沿是垂直升降的，导通状态都不会变化，这样就诞生了工作与脉冲放大状态的D类放大器。 采用开关方式实现低频功率放大(即D类放大)是提高效率的主要途径之一，D类放大原理框图如图1.3.1所示。本设计中如果采用D类放大方式，不允许使用D类功率放大集成电路。 图1.3.1 D类放大原理框图 效率计算中的放大器总功耗是指功率放大器部分的总电流乘以供电电压(+5 v)，不
11、包括“基本要求”中第(2)、(3)项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试。 第二章 方案论证与比较根据设计任务的要求，本系统的组成方框图如图1所示。下面对每个框内电路的设计方案分别进行论证与比较。 2.1 高效率功放类型的选择方案一：采用A类、B类、AB类、C类功率放大器。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，理想情况下其效率为50，考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗，A类功率放大器的最高效率仅为45左右。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，它的优点是效率理想情
12、况下可达785，但缺点会产生交越失真，增加噪声。AB类功率放大器是以上两种放大器的结合，AB类功放的失真小于B类功放，但效率低于B类功放。C类功率放大器，其静态偏置点在截止点之下，当信号输入时只有超过偏置点部分的时候管子才导通。该类功放只有用具有选频特性的元件作负载才能克服非线性失真，主要用于射频载波信号的放大。方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。它的最大特点是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。D类功放以纯数字化的结构完成数字音源与扬声器之间的链接，大大提高了音源的音质。它采用开关的方式来放大数字信号，其效率很高，可以达到90以上。同时，对电源及散热的要求大大降低，此外还有输出功率大、频响宽、体积小、信噪比高等优点。随着数字音源与数字音频技术的迅速发展，直接对
