《高效音频放大器设计毕业论文.doc》由会员分享，可在线阅读，更多相关《高效音频放大器设计毕业论文.doc（37页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、成都理工大学工程技术学院毕业论文高效音频功率放大器设计作者姓名：专业名称：指导教师： 讲师高效音频功率放大器设计摘要在音频功率放大器的市场上，AB类一直处于统治地位。近年来，随着MP3、DVD 和移动电话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。 本设计根据D类功放的工作原理设计的D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到3003400HZ，输出功率1W，输出信号无明显失真。根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块
2、、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器。学习音频放大器的设计，以及开发思路和方法，能够更好的学习放大器的电路设计原理及其方法，为以后正式步入设计岗位奠定基础，一次本次设计不仅仅具有实用价值，而且更重要的是在能力提升和经验积累的内在意义。关键词：音频 放大器 高效 电路 PWMAbstractIn the audio power amplifier market
3、, the AB class has been in a dominant position. In recent years, with the popularity of the MP3, DVD and mobile phones, portable consumer electronic products, class D audio power amplifier with the advantages of high efficiency, low power consumption, small size has increasingly become the mainstrea
4、m of the sound field, has broad prospects for the development of portable and high power audio in the future in the field of video will, therefore the design of high performance audio power amplifier has very important significance. This design according to the working principle of class D amplifier
5、 design of class D audio power amplifier, the audio signal can be amplified, the frequency band of the amplifier to reach 3003400HZ, output power 1W, the output signal without significant distortion. According to the principle of class D amplifier, pre amplifier module, triangular wave generation mo
6、dule, comparator module, driver module, H bridge complementary symmetrical output and low pass filter module are designed. The triangle wave generator and a comparator composed of pulse width modulation (PWM) module, H bridge complementary symmetry circuit of output used to drive a small current, lo
7、w resistance and good switching characteristics of VMOSFET pipe, filter uses two identical fourth-order Butterworth low-pass filter.Learning audio amplifier design and development ideas and methods to better learning amplifier circuit design principle and method, for the later formally entered the p
8、ost design to lay the foundation. The design not only has practical value, but more important is the ability and experience accumulation in the inner meaning.Key words: high efficiency, audio, amplifier ,circuit ,PWM目录摘要IAbstractII目录IV前言11 绪论21.1高效音频功率放大器的简介21.2 音频放大器的发展31.3 音频放大电路的基本原理51.4 本文主要任务和内
9、容52 音频功率放大器72.1音频功率放大器的指标72.2功率放大器的分类92.3 D类功率放大器的原理分析103 音频放大器的电路设计123.1硬件开发平台介绍123.2电路整体方案设计133.3部分电路设计143.3.1脉宽调制器电路设计153.3.2前置放大器电路设计173.3.3 驱动电路与输出电路设计184 系统调试与仿真214.1测试步骤和工具介绍214.2测试过程214.3测试结果分析22总结24参考文献25致谢26附件1 系统原理图27- V-前言在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，令对相同电气指标的音响设备得出不同的评价。所以，就高保真度功放
10、而言，应该达到电气指标与实际听音指标的平衡与统一。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。本论文介绍了一种简易的音频放大器的设计方法和原理。对涉及音频放大器的相关资料问题进行深入分析和论述。另外，现在人们生活和生产过程中，人们对放大器的运用已经非常的成熟，特别是在模电，高频等领域，功率放大器的运用非常多，几乎不可避免的会用到。学习音频功率放大器，本设计根据D类功放的工作原理设计的D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到3003400HZ，输出功率1W，输出信号无明显失真
11、。根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器。经过仿真和测试都达到了设计的要求。对于初学者来说，可以更好的理解，功率放大器的原理和设计方法。1 绪论1.1高效音频功率放大器的简介音频功率放大器是MP3播放器、笔记本电脑、手机以及便携式DVD等消费类电子产品中应用最广泛的组件之一，有很大的市场。传统音频功率放大器主要有A类(甲
12、类)、B类(乙类)和AB类(甲乙类)。A类放大器主要特点是：放大器工作点Q设定在负载线中点附近,晶体管在输入信号整个周期内均导通。放大器可单管工作，也可以推挽工作。由于放大器工作在特性曲线线性范围内，所以瞬态失真和交替失真较小。电路简单，调试方便。但效率较低，晶体管功耗大，功率理论最大值仅有25，且有较大非线性失真。由于效率比较低 现在设计基本上不在再使用。B类放大器主要特点是：放大器静态点在(VCC，0)处，当没有信号输入时，输出端几乎不消耗功率。在输入信号正半周期内，三极管一个导通一个截止，输出端正半周正弦波；同理，当输入信号为负半波正弦波也是一样，所以必须用两管推挽工作。其特点是效率较高
13、(78%)，但是因放大器有一段工作在非线性区域内，故其缺点是交越失真较大。即当信号在-0.6V 0.6V之间时，两个三极管都无法导通而引起。所以这类放大器也逐渐被设计师摒弃。AB类功率放大器能够提供高品质的信号放大性能，所以已经被广泛的应用，然而AB类功率放大器工作时，由于直接对模拟信号进行放大，工作期问必须处于线性放大区，因此其功率耗散较大，在大输出功率情况下，AB类放大器会对功率器件构成极大威胁。其特点是：1效率低，其输出功率不可能很大；2大功率输出时，通常需要散热器，因此系统体积较大。随着科技的进一步发展，更多、更新的便携式多媒体产品都要求其中的音响系统具有更小的外形设计和更大的电池容量
14、，所以上述缺点都成为AB类功率放大器的致命弱点，限制了AB类音频功放的进一步发展。 近些年来，随着各领域数字化程度不断加深，D类音频功率放人器逐渐进入了人们 的视线，D类放大器的工作方式小不同与于A类、B类和AB类，它采用切换电压方式的同时利用数字信号控制导通时间以放大信号，其输输出级的工作状态不是完全导通就是完全截至，因此输出器件的功耗非常小，使它的效率远比A类、B类和AB类要高的多，同时D类放大器的效率和输入信号的大小无关，不像AB类放大器只有在很高的输出功率时才能达到比较高的效率，在电源电压为额定值时，D类放大器的效率高达8090以上，其平均效率大约要比AB类放大器高23倍，也就是说，通
15、常系统电池的寿命可以延23倍，同时在输出功率一样的情况下，D类音频功率放大器的表面温度会远远低AB类，因此使用时不需或只需要一个很小的散热器，这就大大减小了D类音频功率放大器的体积。D类音频功放的特点：(1)节能，所需散热片小，这样可以节省空间，系统可以设计得较轻、较小，便于携带；(2)电源使用效率很高，可以延长系统电池的寿命。上述优点使得D类音频放大器和模拟音频放大器相比时具有很大的优势。随着目前市场上消费电子行业的快速发展以及音频功率放大器高效、节能和小型化的趋势，D类音频功率放大器开始逐渐取代AB类进入可携式产品、家庭AV设备、专业影音、汽车音响、平板电视、媒体播放器笔记本电脑和汽车音箱等多个领域，可以说，在未来的很长时间内，D类音频功率放大器将一直是研究的热点，设计出一款兼顾效率与保真度的D类音频功率放人器也会越来越成为众多研究机构和企业所关注的课题。1.2 音频放大器的发展随着晶体管制造技术的不断提高和新技术的应用，各项实用性指标和可靠性指标都有很大改善，并不断在向更大的输出功率，更小的体积，更轻的重量，更多的功能和智能化方向发展，如美国CROWN公司的MA-5000VZA功放，其最大输出功率可达4000W/8（桥接，单通道）；完善的可靠性设计使它在苛刻的环境中可连续工作，使得生产者可作3年免维护的保证；插入可编
