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1、成都理工大学工程技术学院毕业论文高保真音频功率放大器电路设计作者姓名：马瑶专业名称：电子科学与技术指导教师：何 勇 讲师高保真音频功率放大器电路设计摘要在音频领域发展的几十年里，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占着主导地位。随着科技的不断发展，音频功率放大器也有了新的研究成果D类功率放大器。D类功率放大器有很多优点，因为低功耗产生热量较少，节省印制电路板（PCB）面积和成本，并且能够延长便携式系统的电池寿命。D类放大器，是通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器。D类放大器是最近几年才发展起来的，在系统的耐用上以及音频质量等都有了很大的提高。本文介绍了大功率D类音频放大电路的设计
2、，比较了他们各自的优缺点，重点分析了音频放大器的原理.D类音频放大器采用脉宽调制（PMW）信号而不是AB放大器通常采用的线性信号，D类放大器比AB类放大器效率高的多，利用上述技术原理，输出级的损率变得极低.本文中的D类音频功率放大器的功率器件受一高频脉宽调制信号的控制，使其工作在开关状态，理论上效率可达100%，但其不足之处在于会产生高频干扰及噪声.本文具体论述了一种基于晶体管的D类音频功率放大器的设计组成。关键词 ：脉宽调制器 信号变换 功率测量与显示 PWM调制 功率放大AbstrakIn the audio field for decades, A Class, B Class, AB
3、audio power amplifier has occupied the leading position, with the technology continuous development of the audio poweramplifier also has a new research-D power amplifier. Class D power amplifier has many advantages, because the low-power generating less heat, saving printed circuit board (PCB) area
4、and cost, and can extend battery life in portable systems. Class D amplifier, through the control switch unit ON / OFF, the amplifier drives the speaker. Class D amplifier is only developed in recent years, the durability of the system and so on and the audio quality has been greatly improved. In th
5、is paper, the design and application of the class-D audio amplifier are described, the theory of all kinks of audio power amplifiers is introduced emphatically. The Pulse Width Modulation(PWM) signal is adopted in audio Class D amplifier, which is a Switch-Mode amplifier, and the linear signal is ad
6、opted in audio Class AB amplifier. The main advantage of class D amplifier is their efficiency, which higher than that of class AB amplifiers. In D in the article audio frequency power advice, power of amplifie modulate the control of the signal by one high-frequency pulse width originally, make it
7、work switch state, its efficiency in theory can up to 100%, but in a insufficient one it is it can produce high frequency interfere and noise to lie in to appear.Keywords: pulse-width modulation, signal conversion, power measurement and display， PWM modulation;D power amplifier;the voltage switching
8、 drive circuitIII目录摘要IAbstrakII目录III前言- 1 -1.概述- 2 -1.1立题依据及研究意义- 3 -1.2 功率放大器的现状- 4 -1.3 论文的主要研究内容- 5 -1.3.1 A类(甲类)放大器- 6 -1.3.2 B类(乙类)放大器- 6 -1.3.3 AB类甲乙类)放大器- 7 -1.3.4 C类(丙类)放大器- 7 -1.3.5 D类(丁类)放大器- 7 -1.3.6 E类(戊类)放大器- 7 -1.3.7简介D类放大器的工作原理- 8 -2 D类功率放大器的系统设计- 10 -3 方案论证与比较- 12 -4 硬件单元分析及阐述- 13 -4
9、.1 三角波发生电路- 13 -4.2 音频前置放大电路- 14 -4.3 PWM比较电路- 16 -4.4 MOSFET管H桥驱动电路- 18 -4.5VMOSFET功率放大电路- 20 -4.6 LC低通滤波器电路- 20 -5.仿真与调试- 21 -5.1失真原因- 23 -5.2LC滤波器的选择- 24 -6.成果及结论- 25 -总结- 26 -致 谢- 27 -参考文献- 28 -前言 随社会的发展，功放成为社会发展必不可少的一部分。功率放大器，目前已发展为一个相当成熟的技术领域。近几十年来，随科技不断的进步，功放从线路，元气件方面，甚至思想，精神上都有非常大的进步。功放音频技术的
10、历史进程可以分为：电子管，晶体管，集成电路，以场效应管这四个阶段。在生活应用当中，手机、电脑、MP3等数码播放器，电子产品更方便我们的使用。但传统音频功率放大器，设备工作效率低，体积大不易携带，功耗高等都限制了这些产品的发展。为改善音频功率放大器的这些缺点，D类功率放大器应运而生，D类功放具有极高的转化效率，体积小，功耗低等优点迅速占领音频市场。本设计目的在于了解音频功放的发展历史，通过对比个类音频功放，更多的了解D类功率放大器的工作原理和社会需要。德福雷斯于1906年，发明了真空三极管，开创了人类音频技术的历史先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈电子技术后，音频技术进入了一个崭新的时代。5
11、0年代电子管放大技术发展达到了高潮时代，至今电子管放大器仍为人们喜爱。1.概述D类功放指的是D类音频功率放大器（有时也称为数字功放）。通过控制开关单元的ON/OFF，驱动扬声器的放大器称D类放大器。D类放大器首次提出于1958年，近些年已逐渐流行起来。已经问世多年，与一般的线性AB类功放电路相比，D类功放有效率高、体积小等特点。D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗
12、电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。很多人自认为是音乐发烧友，但其实这些人也只懂得表面一些简单的东西，并不知道什么才是专业的发烧器材，因而只会盲目的选择器材，最后效果还打不到预想的那样，还浪费金钱。下面南京汽车音响改装专家教你如何了解功放的类别，这样就可多点知识了。功放分几大类（A、B、C、D四类）： 1、A类功放（又名甲类功放） A类功放输出中有两组或两个晶体管用远处遇到点状态，也就是说没有信号输入时都保持着导电状态。A类功放的工作方式具有最佳的线性，新晶体管输出均放大信号全波，不存在有什么交越失真，因此被称为是声音最理想的放大线路设计。但A类功放也有
13、缺点，最大的缺点就是效率低，因为无讯号是仍有满电流流入，电能转为高热量。A类功放是重播音乐的理想选择，它能提供很好平滑的音质、音色、圆润、高音透明，所这些优点用以补偿它的缺点。但是，A类功放体积大，重量也不轻，成本高，所以价格也不低，一般而言汽车上都不选用，这里指作了解。 2、B类功放（乙类功放） B类功放工作方式和A类功放差不多，只是B类功放当无信号输入时，输出晶体管不导电，所以不消耗功率。有信号时每对输出管放大一半波形，在一开一关轮流工作完成一个全波放大，但在输出晶体管轮换时便会发生交越失真形成非线性。南京汽车隔音专家介绍，纯B类功放的效率平均为75%，产生的热量更低，可以安装较小的散热器
14、。 3、AB类功放 与A类和B类相比，AB类功放可以说在性能上有所不及，AB类功放再无信号时也有少量电流通过输出晶体管，它在信号弱时，用A类工作模式，获得最佳线性，当信号提高到一定程度时，自动转为B类工作模式工作，获得较高的效率。 4、C类功放（丙类功放） 这类功放很少听说，因为它失真非常高的功放，只适合在通讯上使用，不适用于汽车音响。 5、D类功放（丁类功放） D类功放放大的晶体管一经开启会直接将其负载与共电器连接，电流流通，但晶体管无电压，所以无功率消耗。当输出晶体管关闭时，全部电源供应电压即在晶体管上，但没有电流，也不消耗功率，所以不需要散热，机身小重量也轻，理论上失真低，线性好。但是南
15、京汽车音响专家表示，这类功放工作复杂，增加的线路本身难免有偏差，所以价格也不便宜1.1立题依据及研究意义随着全球音视频领域数字化的浪潮以及人们对音视频设备节能环保的要求,迫使人们尽快研究开发高效、节能、数字化的音频功率放大器。它应该具有工作效率高，便于与其他数字设备相连接的特点。D类音频功率放大器是PWM型功率放大器即为模拟开关式音频功率放大器，它符合上述要求。近几年，国际上加紧了对D类音频功率放大器的研究与开发，并取得了一定进展，几家著名研究机构及公司已试验性地向市场提供了D类音频功率放大器评估模块及技术。这一技术一经问世立即显示出其高效、节能、数字化的显著特点，引起了科研、教学、电子工业、商业界的特别关注。不久的将来，D类音频功率放大器必然取代传统的模拟音频功率放大器。几十年来在音频领域中，A类、B类、AB类音频功率放大器一直占据“统治”地位，其发展经历了这样几个过程：所用器件从电子管、晶体管到集成电路过程；电路组成从单管到推挽过程；电路形式从变压器输出到OTL、OCL、BTL形式过程。其基本类型是模拟音频功率放大器，它们的最大缺点是工作效率太低，A类音频功率放大器的最高工作效率为50%，B?类音频功率放大器的最高工作效率为78.5%， AB类音频功率放大器的工作效率介于二者之间。无论?A类、B类、AB类音频功率放大器，当它们的输出功率小于额定输出
