d類(lèi)功率放大器畢業(yè)論文 (2)

1、<p><b>　　畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）</b></p><p><b>　　D類(lèi)功率放大器</b></p><p>　　姓 名　 　 　　 　　 </p><p>　　學(xué) 號(hào)　　 　 </p><p>　　年 級(jí)　 2008

2、 　 　　 </p><p>　　專(zhuān) 業(yè)　　 電子信息工程 </p><p>　　系?。ㄔ海　?理學(xué)院 </p><p>　　指導(dǎo)教師　 </p><p><b>　　2012年5月15</b></p>

3、;<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文介紹了大功率D類(lèi)音頻放大電路的設(shè)計(jì)，比較了他們各自的優(yōu)缺點(diǎn)，重點(diǎn)分析了音頻放大器的原理.D類(lèi)音頻放大器采用脈寬調(diào)制（PMW）信號(hào)而不是AB放大器通常采用的線(xiàn)性信號(hào)，D類(lèi)放大器比AB類(lèi)放大器效率高的多，利用上述技術(shù)原理，輸出級(jí)的損率變得極低.本文中的D類(lèi)音頻功率放大器的功率器件受一高頻脈寬調(diào)制信號(hào)的控制，使其工作在開(kāi)

4、關(guān)狀態(tài)，理論上效率可達(dá)100%，但其不足之處在于會(huì)產(chǎn)生高頻干擾及噪聲.本文具體論述了一種基于晶體管的D類(lèi)音頻功率放大器的設(shè)計(jì)組成.</p><p>　　關(guān)鍵詞：PWM調(diào)制；功率放大；電壓開(kāi)關(guān)型驅(qū)動(dòng)電路</p><p><b>　　ABSTRACT</b></p><p>　　In this paper, the design and appli

5、cation 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

6、Switch-Mode amplifier, and the linear signal is adopted 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 f

7、requency power advice, po</p><p>　　Key words: PWM modulation;D power amplifier;the voltage switching drive circuit</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1 引言1</b>

8、;</p><p>　　2 D類(lèi)功放的簡(jiǎn)介1</p><p>　　2.1 D類(lèi)功放的簡(jiǎn)介1</p><p>　　2.2 D類(lèi)功放的發(fā)展歷程1</p><p>　　2.3功率放大器的基本結(jié)構(gòu)1</p><p>　　2.4 對(duì)功率放大器的基本要求3</p><p>　　3 D類(lèi)功放的特點(diǎn)與

9、電路組成3</p><p>　　3.1 功放的分類(lèi)及特點(diǎn)3</p><p>　　3.2 傳統(tǒng)功放與D類(lèi)功放的比較5</p><p>　　3.3 D類(lèi)功放基本結(jié)構(gòu)6</p><p>　　3.4 D類(lèi)功放的特點(diǎn)7</p><p>　　3.5 D類(lèi)功放的要求8</p><p><b&

10、gt;　　4 結(jié)論10</b></p><p>　　參 考 文 獻(xiàn)11</p><p><b>　　致 謝12</b></p><p><b>　　1 引言</b></p><p>　　D類(lèi)音頻功率放大器，它是近年來(lái)剛發(fā)展起來(lái)的一種音頻放大器，通常叫做D類(lèi)功率放大器.它的工作電壓

11、在12.5V-30V之間，工作效率在理想狀態(tài)下為100%，它具有功率大、效率高、失真小的特點(diǎn).</p><p>　　在高保真音響設(shè)備中，功率放大器用來(lái)對(duì)各種音源輸出的音頻信號(hào)進(jìn)行加工處理和不失真地放大，使之達(dá)到一定的功率去推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲.其中，如何對(duì)音頻信號(hào)進(jìn)行功率放大，使之達(dá)到功率大、效率高、失真小，是功率放大器所要解決的最主要問(wèn)題.</p><p><b>　　2 D類(lèi)功放的

12、簡(jiǎn)介</b></p><p>　　2.1 D類(lèi)功放的簡(jiǎn)介</p><p>　　D類(lèi)功放指的是D類(lèi)音頻功率放大器（有時(shí)也稱(chēng)為數(shù)字功放）.通過(guò)控制開(kāi)關(guān)單元的ON/OFF，驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器的放大器稱(chēng)D類(lèi)放大器.D類(lèi)放大器首次提出于1958年，近些年已逐漸流行起來(lái).已經(jīng)問(wèn)世多年，與一般的線(xiàn)性AB類(lèi)功放電路相比，D類(lèi)功放有效率高、體積小等特點(diǎn).</p><p>　　2.

13、2 D類(lèi)功放的發(fā)展歷程</p><p>　　傳統(tǒng)的音頻功率放大器有A類(lèi)、B類(lèi)、AB類(lèi)等幾種，幾十年在音頻領(lǐng)域中，它們一直占據(jù)統(tǒng)治地位.音頻功率放大器發(fā)展經(jīng)歷了這樣的幾個(gè)過(guò)程：所有器件從電子管、晶體管到集成電路的過(guò)程：電路組成從單管到推挽的過(guò)程：電路形成從變壓器輸出到OTL、OCL、BTL的形式過(guò)程.其基本類(lèi)型是模擬音頻功率放大器，它的最大缺點(diǎn)是效率太低.全球音視頻領(lǐng)域數(shù)字化的浪潮以及人們對(duì)音視頻設(shè)備的環(huán)保要求.迫

14、使人們開(kāi)發(fā)，高效、節(jié)能、環(huán)保、數(shù)字化的音頻功率放大器，它應(yīng)該具有工作效率高，便于與其它數(shù)字化設(shè)備相連接的特點(diǎn).D類(lèi)功率放大器就是PWM型功率放大器.它基本符合上面的要求.近幾年來(lái)，國(guó)際上對(duì)D類(lèi)功放的研究與開(kāi)發(fā)已經(jīng)有了很大的發(fā)展.幾家著名的研究機(jī)構(gòu)與公司已經(jīng)成功的研制出好幾種此類(lèi)的音頻功率放大器.這一技術(shù)顯示了它高效、節(jié)能、環(huán)保、數(shù)字化的特點(diǎn).現(xiàn)在這一技術(shù)正在迅猛發(fā)展，前景一片光明.</p><p>　　2.3功率

15、放大器的基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　在高保真音響電路中，功放電路通常由兩個(gè)或兩個(gè)以上的音頻聲道所組成.每個(gè)聲道分為兩個(gè)主要的部分，即前置放大器和功率放大器.兩部分電路可分設(shè)在兩個(gè)機(jī)箱內(nèi)，也可組裝在同一個(gè)機(jī)箱內(nèi)，后者稱(chēng)為綜合放大器.由于左、右聲道完全相同，所以在雙聲道電路中只介紹其中一路，電路組成框圖如圖1所示.圖中左側(cè)為前置放大器，右側(cè)為功率放大器[3-4].</p><p>　　圖1

16、 功率放大器電路組成框圖</p><p>　?。?）前置放大器的組成.前置放大器具有雙重功能：它要選擇所需要的音源信號(hào)，并放大到額定電平；還要進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化聲音.這些功能由均衡放大、音源選擇、輸入放大和音質(zhì)控制等電路來(lái)完成.</p><p>　　音源選擇.音源選擇電路的功能是選擇所需的音源信號(hào)送入后級(jí)，同時(shí)關(guān)閉其他音源通道.各種音源的輸出是各不相同的，通常分為高電平與低電平兩類(lèi).

17、調(diào)諧器、錄音座、CD唱機(jī)、VCD/DVD影碟機(jī)等音源的輸出信號(hào)電平達(dá)50～500mV，稱(chēng)為高電平音源，可直接送入音源選擇電路；而動(dòng)圈式和動(dòng)磁式電唱機(jī)的輸出電平僅為0.5～5mV，稱(chēng)為低電平音源，須經(jīng)均衡放大后才能送入音源選擇電路.線(xiàn)路輸入端又稱(chēng)為輔助輸入端，可增加前置放大器的用途和靈活性，供連接電視信號(hào)和其他高電平音源之用.</p><p>　　輸入放大.輸入放大器的作用是將音源信號(hào)放大到額定電平，通常是1V左右

18、.輸入放大器可設(shè)計(jì)為獨(dú)立的放大器，也可在音質(zhì)控制電路中完成所需要的放大.</p><p>　　音質(zhì)控制.音質(zhì)控制的目的是使音響系統(tǒng)的頻率特性可以控制，以達(dá)到高保真的音質(zhì)；或者根據(jù)聆聽(tīng)者的愛(ài)好，修飾與美化聲音.有時(shí)還可以插入獨(dú)立的均衡器，以進(jìn)一步美化聲音.音質(zhì)控制包括音量控制、響度控制、音調(diào)控制、左、右聲道平衡控制、低頻噪聲和高頻噪聲抑制等.</p><p>　?。?）功率放大器的組成.雖然

19、功率放大器的電路類(lèi)型很多，但基本上都由激勵(lì)級(jí)、輸出級(jí)和保護(hù)電路所組成.</p><p>　　激勵(lì)級(jí).激勵(lì)級(jí)又可分為輸入激勵(lì)級(jí)和推動(dòng)激勵(lì)級(jí)，前者主要提供足夠的電壓增益，后者還需提供足夠的功率增益，以便能激勵(lì)功放輸出級(jí).</p><p>　　輸出級(jí).輸出級(jí)的作用是產(chǎn)生足夠的不失真輸出功率.為了獲得滿(mǎn)意的頻率特性、諧波失真和信噪比等性能指標(biāo)，可在輸出級(jí)與激勵(lì)級(jí)之間引入負(fù)反饋.</p>

20、<p>　　保護(hù)電路.保護(hù)電路用來(lái)保護(hù)輸出級(jí)功率管和揚(yáng)聲器，以防過(guò)載損壞.此外，一個(gè)完備的高保真功率放大器，還必須設(shè)置直流穩(wěn)壓電源及電平顯示電路等.</p><p>　　2.4 對(duì)功率放大器的基本要求</p><p>　　（1）輸出功率要大.為了得到足夠大的輸出功率，功放管的工作電壓和電流接近極限參數(shù).功放管集電極的最大允許耗散功率與功放管的散熱條件有關(guān)，改善功放管的散熱條件

21、可以提高它的最大允許耗散功率.在實(shí)際使用中，功放管都要按規(guī)定安裝散熱片.</p><p>　?。?）效率要高.揚(yáng)聲器獲得的功率與電源提供的功率之比稱(chēng)為功率放大器的效率.功率放大器的輸出功率是由直流電源提供的，由于功放管具有一定的內(nèi)阻，所以它會(huì)有一定的功率損耗.功率放大器的效率越高越好.</p><p>　?。?）非線(xiàn)性失真要小.由于功率放大器中信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍很大，功放管工作在接近截止和飽和

22、狀態(tài)，超出了特性曲線(xiàn)的線(xiàn)性范圍，必須設(shè)法減小非線(xiàn)性失真.</p><p>　　3 D類(lèi)功放的特點(diǎn)與電路組成</p><p>　　3.1 功放的分類(lèi)及特點(diǎn)</p><p>　　傳統(tǒng)的功率放大器主要有A類(lèi)（甲類(lèi)）、B類(lèi)(乙類(lèi))、AB類(lèi)（甲乙類(lèi)），除此之外，還有工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)下的D類(lèi)（丁類(lèi)）功放.</p><p>　　A類(lèi)功率放大器在整個(gè)輸入信號(hào)周

23、期內(nèi)都有電流連續(xù)流過(guò)功率放大器.其晶體管總是工作在放大區(qū)，并且在輸入信號(hào)的整個(gè)周期內(nèi)晶體管始終工作在線(xiàn)性放大區(qū)域.它的優(yōu)點(diǎn)是輸出信號(hào)的失真比較小.缺點(diǎn)是輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍小，效率低，理想情況下的效率為50%.考慮到晶體管的飽和壓降及穿透電流造成的損耗，A類(lèi)功率放大器的效率僅為20%左右[1-2].如圖2 </p><p>　　圖2 A類(lèi)功放工作曲線(xiàn)</p><p>　　B類(lèi)功率放大器在整個(gè)

24、輸入信號(hào)周期內(nèi)功率器件的導(dǎo)通時(shí)間為50%，因?yàn)槠渚w管只有在輸入信號(hào)的正半周期工作在放大區(qū)，在輸入信號(hào)的負(fù)半周是截止的.它的優(yōu)點(diǎn)是在理想的情況下其效率為78.5%，比A類(lèi)提高了很多.其缺點(diǎn)是非性失真比A類(lèi)功放大，而且會(huì)產(chǎn)生交越失真，增加噪聲.如圖3 </p><p>　　圖3 B類(lèi)功放工作曲線(xiàn)</p><p>　　AB類(lèi)功率放大器是以?xún)深?lèi)的結(jié)合，是每個(gè)功率放大器的導(dǎo)通時(shí)間在50%—100

25、%，此類(lèi)功率放大器流行過(guò)一段時(shí)間，它兼顧了失真與效率兩方面的性能指標(biāo).在設(shè)計(jì)該功率放大器是要設(shè)置晶體管的靜態(tài)偏置電路.使其工作在甲乙類(lèi)狀態(tài)，這類(lèi)放大器的失真要比乙類(lèi)的小，但其效率比乙類(lèi)功放要低一些.</p><p><b>　　如圖4</b></p><p>　　圖4 AB類(lèi)功放工作曲線(xiàn)</p><p>　　3.2 傳統(tǒng)功放與D類(lèi)功放的比較&l

26、t;/p><p>　　功率消耗在所有線(xiàn)性輸出級(jí)，因?yàn)楫a(chǎn)生輸出電壓vout的過(guò)程中不可避免地會(huì)在至少一個(gè)輸出晶體管內(nèi)造成非零的ids和vds.功耗大小主要取決于對(duì)輸出晶體管的偏置方法. </p><p>　　A類(lèi)放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)使用一只晶體管作為直流（dc）電流源，能夠提供揚(yáng)聲器需要的最大音頻電流.A類(lèi)放大器輸出級(jí)可以提供優(yōu)良的音質(zhì)，但功耗非常大，因?yàn)橥ǔＳ泻艽蟮膁c偏置電流流過(guò)輸出級(jí)晶體管（這是

27、我們不期望的），而沒(méi)有提供給揚(yáng)聲器（這是我們期望的）. </p><p>　　B 類(lèi)放大器拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)沒(méi)有dc偏置電流，所以功耗大大減少.其輸出晶體管是以推拉方式獨(dú)立控制，從而允許高端晶體管為揚(yáng)聲器提供正電流，而低端晶體管吸收負(fù)電流.由于只有信號(hào)電流流過(guò)晶體管，因而減少了輸出級(jí)功耗.但是B類(lèi)放大器電路的音質(zhì)較差，因?yàn)楫?dāng)輸出電流過(guò)零點(diǎn)和晶體管在通斷狀態(tài)之間切換時(shí)會(huì)造成線(xiàn)性誤差（交越失真）. </p>&l

28、t;p>　　A/B 類(lèi)放大器是A類(lèi)放大器和B類(lèi)放大器的組合折衷，它也使用dc偏置電流，但它遠(yuǎn)小于單純的A類(lèi)放大器.小的dc偏置電流足以防止交越失真，從而能提供良好的音質(zhì).其功耗介于A類(lèi)放大器和B類(lèi)放大器之間，但通常更接近于B類(lèi)放大器.與B類(lèi)放大器電路類(lèi)似，A/B類(lèi)放大器也需要一些控制電路以使其提供或吸收大的輸出電流. </p><p>　　不幸的是，即使是精心設(shè)計(jì)A/B類(lèi)放大器也有很大的功

29、耗，因?yàn)槠渲械确秶妮敵鲭妷和ǔ＿h(yuǎn)離正電源或負(fù)電源.由于漏源極之間的電壓降很大，所以會(huì)產(chǎn)生很大的瞬時(shí)功耗ids×vds.D類(lèi)放大器由于具有不同的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，其功耗遠(yuǎn)小于上面任何一類(lèi)放大器.D類(lèi)放大器的輸出級(jí)在正電源和負(fù)電源之間切換從而產(chǎn)生一串電壓脈沖.這種波形有利于降低功耗，因?yàn)楫?dāng)輸出晶體管在不導(dǎo)通時(shí)具有零電流，并且在導(dǎo)通時(shí)具有很低的vds，因而產(chǎn)生較小的功耗ids×vds .</p><p>

30、　　3.3 D類(lèi)功放基本結(jié)構(gòu)</p><p>　　D類(lèi)功放的電路組成可以分為三個(gè)部分：PWM調(diào)制器、脈沖控制的大電流開(kāi)關(guān)放大器、低通濾波器.電路結(jié)構(gòu)組成如圖5所示[5-8].</p><p>　　(a) D類(lèi)功放簡(jiǎn)圖</p><p>　　(b) D類(lèi)功放內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　圖5 D類(lèi)功放的組成</p><p&g

31、t;　　第一部分為調(diào)制器，最簡(jiǎn)單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成.把原始音頻信號(hào)加上一定直流偏置后放在運(yùn)放的正輸入端，另通過(guò)自激振蕩生成一個(gè)三角形波加到運(yùn)放的負(fù)輸入端.當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時(shí)，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平.若音頻輸入信號(hào)為零、直流偏置三角波峰值的1/2，則比較器輸出的高低電平持續(xù)的時(shí)間一樣，輸出就是一個(gè)占空比為1：1的方波.當(dāng)有音頻信號(hào)輸入時(shí)，正半周期間，比較器輸出高電平的時(shí)間比低電平長(zhǎng)，方波的占空

32、比大于1：1；負(fù)半周期間，由于還有直流偏置，所以比較器正輸入端的電平還是大于零，但音頻信號(hào)幅度高于三角波幅度的時(shí)間卻大為減少，方波占空比小于1：1.這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱(chēng)為PWM（Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制）或PDM（Pulse Duration Modulation脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制）波形.音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中.</p><p>　　第

33、二部分就是D類(lèi)功放，這是一個(gè)脈沖控制的大電流開(kāi)關(guān)放大器，把比較器輸出的PWM信號(hào)變成高電壓、大電流的大功率PWM信號(hào).能夠輸出的最大功率有負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過(guò)的電流來(lái)決定.</p><p>　　第三部分為由LC網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的低通濾波器.其作用是將大功率PWM波形中的聲音信息還原出來(lái).利用一個(gè)低通濾波器，可以濾除PWM信號(hào)中的交流成份，取出PWM信號(hào)中的平均值，該平均值即為音頻信號(hào).但由于此時(shí)電流很大，RC結(jié)

34、構(gòu)的低通濾波器電阻會(huì)耗能，不能采用，必須使用LC低通濾波器.當(dāng)占空比大于1：1的脈沖到來(lái)時(shí)，C的充電時(shí)間大于放電時(shí)間，輸出電平上升；窄脈沖到來(lái)時(shí)，放電時(shí)間長(zhǎng)，輸出電平下降，正好與原音頻信號(hào)的幅度變化相一致，所以原音頻信號(hào)被恢復(fù)出來(lái).D類(lèi)功放的工作原理見(jiàn)圖6 .</p><p>　　圖6　D類(lèi)功放原理圖　　</p><p>　　3.4 D類(lèi)功放的特點(diǎn)</p><p>

35、　?。?）效率高.在理想情況下，D類(lèi)功放的效率為100%（實(shí)際效率可達(dá)90%左右）.B類(lèi)功放的效率為78.5%（實(shí)際效率約50%），A類(lèi)功放的效率才50%或25%（按負(fù)載方式而定）.這是因?yàn)镈類(lèi)功放的放大元件是處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式.無(wú)信號(hào)輸入時(shí)放大器處于截止?fàn)顟B(tài)，不耗電.工作時(shí)，靠輸入信號(hào)讓晶體管進(jìn)入飽和狀態(tài)，晶體管相當(dāng)于一個(gè)接通的開(kāi)關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通.理想晶體管因?yàn)闆](méi)有飽和壓降而不耗電，實(shí)際上晶體管總會(huì)有很小的飽和壓降

36、而消耗部分電能.</p><p>　?。?）功率大.在D類(lèi)功放中，功率管的耗電只與管子的特性有關(guān)，而與信號(hào)輸出的大小無(wú)關(guān)，所以特別有利于超大功率的場(chǎng)合，輸出功率可達(dá)數(shù)百瓦.</p><p>　　（3）失真低.D類(lèi)功放因工作在開(kāi)關(guān)狀態(tài)，因而功放管的線(xiàn)性已沒(méi)有太大意義.在D類(lèi)功放中，沒(méi)有B類(lèi)功放的交越失真，也不存在功率管放大區(qū)的線(xiàn)性問(wèn)題，更無(wú)需電路的負(fù)反饋來(lái)改善線(xiàn)性，也不需要電路工作點(diǎn)的調(diào)試.

37、</p><p>　?。?）體積小、重量輕.D類(lèi)功放的管耗很小，小功率時(shí)的功放管無(wú)需加裝體積龐大的散熱片，大功率時(shí)所用的散熱片也要比一般功放小得多.而且一般的D類(lèi)功放現(xiàn)在都有多種專(zhuān)用的IC芯片，使得整個(gè)D類(lèi)功放電路的結(jié)構(gòu)很緊湊，外接元器件很少，成本也不高.</p><p>　　3.5 D類(lèi)功放的要求</p><p>　?。?）對(duì)功率管的要求.D類(lèi)功放的功率管要有較快

38、的開(kāi)關(guān)響應(yīng)和較小的飽和壓降.D類(lèi)功放設(shè)計(jì)考慮的角度與AB類(lèi)功放完全不同.此時(shí)功放管的線(xiàn)性已沒(méi)有太大意義，更重要的是開(kāi)關(guān)響應(yīng)和飽和壓降.由于功放管處理的脈沖頻率是音頻信號(hào)的幾十倍，且要求保持良好的脈沖前后沿，所以管子的開(kāi)關(guān)響應(yīng)要好.另外，整機(jī)的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗.所以，管子的飽和壓降小不但效率高，且功放管的散熱結(jié)構(gòu)也能得到簡(jiǎn)化.若干年前，這種高頻大功率管的價(jià)格昂貴，限制了D類(lèi)功放的發(fā)展，現(xiàn)在小電流控制大電流的MOSFET已在

39、Hi-Fi功放上得到廣泛應(yīng)用[9-11].</p><p>　?。?）對(duì)PWM調(diào)制電路的要求.</p><p>　　PWM的工作原理圖如圖7</p><p>　　圖7 PWM的工作原理</p><p>　　PWM調(diào)制電路也是D類(lèi)功放的一個(gè)特殊環(huán)節(jié)，要把20kHz以下的音頻調(diào)制成PWM信號(hào)，三角波的頻率至少要達(dá)到200kHz（三角波的頻率應(yīng)在音

40、頻信號(hào)頻率的10~20倍以上）.當(dāng)頻率過(guò)低時(shí)要達(dá)到同樣要求的THD（總諧波失真）標(biāo)準(zhǔn)，則對(duì)無(wú)源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜.如果三角波的頻率高，輸出波形的鋸齒小，就能更加接近原波形，使THD小，而且可以用低數(shù)值、小體積和精度要求相對(duì)差一些的電感和電容來(lái)構(gòu)成低通濾波器，造價(jià)相應(yīng)降低.但是，晶體管的開(kāi)關(guān)損耗會(huì)隨頻率的上升而上升，無(wú)源器件中的高頻損耗、射頻的聚膚效應(yīng)都會(huì)使整機(jī)效率下降.更高的調(diào)制頻率還會(huì)出現(xiàn)射頻干擾，所以調(diào)制頻率也不

41、能高于1MHz.而在實(shí)際的中小功率D類(lèi)數(shù)字功放中，當(dāng)三角波的頻率達(dá)到500kHz以上時(shí)，也可以直接由揚(yáng)聲器的音圈所呈現(xiàn)的電感來(lái)還原音頻信號(hào)，而不用另外的LC低通濾波器[12].</p><p>　　另外在PWM調(diào)制器中，還要注意到調(diào)制用的三角波的形狀要好、頻率的準(zhǔn)確性要高、時(shí)鐘信號(hào)的抖晃率要低，這些參數(shù)都會(huì)影響到后面輸出端由LPF所復(fù)原的音頻信號(hào)的波形是否與輸入端的原音頻信號(hào)的波形完全相同，否則會(huì)使兩者有差異而產(chǎn)

42、生失真.</p><p>　?。?）對(duì)低通濾波器的要求.位于驅(qū)動(dòng)輸出端與負(fù)載之間的無(wú)源LC低通濾波器也是對(duì)音質(zhì)有重大影響的一個(gè)重要因數(shù).該低通濾波器工作在大電流下，負(fù)載就是音箱.嚴(yán)格地講，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個(gè)功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類(lèi)功放與音箱的搭配中更有發(fā)燒友馳騁的天地.實(shí)際證明，當(dāng)失真要求在0.5%以下時(shí)，用二階Butterworth最平坦響應(yīng)低通濾波器就能達(dá)到要求.如要

43、求更高則需用四階濾波器，這時(shí)成本和匹配等問(wèn)題都必須加以考慮.近年來(lái)，一般應(yīng)用的D類(lèi)功放已有集成電路芯片，用戶(hù)只需按要求設(shè)計(jì)低通濾波器即可.</p><p>　?。?）D類(lèi)功放的電路保護(hù).D類(lèi)功率放大器在電路上必須要有過(guò)電流保護(hù)及過(guò)熱保護(hù).此二項(xiàng)保護(hù)電路為D類(lèi)功率IC或功率放大器所必備，否則將造成安全問(wèn)題，甚至傷及為其供電的電源器件或整個(gè)系統(tǒng).過(guò)電流保護(hù)或負(fù)載短路保護(hù)的簡(jiǎn)單測(cè)試方法：可將任一輸出端與電源端（Vcc）

44、或地端（Ground）短路，在此狀況下短路保護(hù)電路應(yīng)被啟動(dòng)而將輸出晶體管關(guān)掉，此時(shí)將沒(méi)有信號(hào)驅(qū)動(dòng)喇叭而沒(méi)有聲音輸出.由于輸出短路是屬于一種嚴(yán)重的異?，F(xiàn)象，在短路之后要回到正常的操作狀態(tài)必需重置（Reset）放大器，有些IC則可在某一延遲（Delay）時(shí)間后自動(dòng)恢復(fù).至于過(guò)熱保護(hù)，其保護(hù)溫度通常設(shè)定在150°~160°C，過(guò)熱后IC自動(dòng)關(guān)掉輸出晶體管而不再送出信號(hào)，待溫度下降20°C~30°C之后自

45、動(dòng)回復(fù)到正常操作狀態(tài).</p><p>　?。?）D類(lèi)功放的電磁干擾[13-15].D類(lèi)功率放大器必須要解決AB類(lèi)功率放大器所沒(méi)有的EMI（Electro Magnetic Interference，電磁干擾）問(wèn)題.電磁干擾是由于D類(lèi)功率放大器的功率晶體管以開(kāi)關(guān)方式工作，在高速開(kāi)關(guān)及大電流的狀況下所產(chǎn)生的.所以D類(lèi)功放對(duì)電源質(zhì)量更為敏感.電源在提供快速變化的電流時(shí)不應(yīng)產(chǎn)生振鈴波形或使電壓變化，最好用環(huán)牛變壓器供電

46、，或用開(kāi)關(guān)電源供電.此外解決EMI的方案是使用LC電源濾波器或磁珠（bead）濾波器以過(guò)濾其高頻諧波.中高功率的D類(lèi)功率放大器因?yàn)镋MI太強(qiáng)目前采用LC濾波器來(lái)解決，小功率則用Bead處理即可，但通常還要配合PCB版圖設(shè)計(jì)及零件的擺設(shè)位置.比如，采用D類(lèi)放大器后，D類(lèi)放大器接揚(yáng)聲器的線(xiàn)路不能太長(zhǎng)，因?yàn)樵谠摼€(xiàn)路中都攜帶著高頻大電流，其作用猶如一個(gè)天線(xiàn)輻射著高頻電磁信號(hào).有些D類(lèi)放大器的接線(xiàn)長(zhǎng)度僅可支持2cm，做得好的D類(lèi)放大器則可支持到1

47、0cm.</p><p><b>　　4 結(jié)論</b></p><p>　　此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是我大學(xué)生活重要的一步..通過(guò)這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我了解了音頻功率放大器的用途及工作原理是對(duì)我專(zhuān)業(yè)知識(shí)和專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)知識(shí)檢驗(yàn)和鞏固.充分認(rèn)識(shí)了D類(lèi)功率放大器的基本結(jié)構(gòu)及特點(diǎn)，也讓我對(duì)音頻知識(shí)有了更深的認(rèn)識(shí).但是畢業(yè)設(shè)計(jì)也是暴漏自己專(zhuān)業(yè)基礎(chǔ)的很多不足之處，比如缺乏綜合應(yīng)用專(zhuān)業(yè)知識(shí)的能力，對(duì)材料

48、的不了解等等.正是這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)使我們對(duì)D類(lèi)放大器的原理有了深刻的理解，對(duì)功放有了更深的認(rèn)識(shí).馬上要畢業(yè)了，自己的求學(xué)之路還很長(zhǎng)，以后更應(yīng)該在工作中不斷學(xué)習(xí)，努力使自己成為一個(gè)對(duì)社會(huì)有貢獻(xiàn)的人.</p><p><b>　　參 考 文 獻(xiàn)</b></p><p>　　[1] 李瀚蓀.電路分析基礎(chǔ)[M]. 高等教育出版社.2001,78-86</p><

49、;p>　　[2] 沈尚賢.電子技術(shù)導(dǎo)論[M]. 北京: 高等教育出版社,1985. </p><p>　　[3] 童建華:《音響設(shè)備技術(shù)》[M].（電子工業(yè)出版社）2010年1月</p><p>　　[4] 鄒天漢:《數(shù)字功放和音箱設(shè)計(jì)與制作》[M]. 人民郵電出版社/2004</p><p>　　[5] 方佩敏:《音頻功率放大器》[J].《電子世界》，200

50、3 年 08 期</p><p>　　[6] 丁明. 實(shí)作D類(lèi)功率放大器[J]. 無(wú)線(xiàn)電與電視. 2002.2,23-28</p><p>　　[7] 李定宣.開(kāi)關(guān)穩(wěn)定電源設(shè)計(jì)與應(yīng)用[M].中國(guó)電力出版社.2006.8</p><p>　　[8] 胡斌.電子工程師識(shí)圖[M].北京: 電子工業(yè)出版社,2007.</p><p>　　[9] 張義

51、申，陸坤等.電子設(shè)計(jì)技術(shù)[M].西安:電子科技大學(xué)出版.1996</p><p>　　[10] 趙學(xué)良，張國(guó)華.電源電路[M].北京:電子工業(yè)出版社,1995. </p><p>　　[11] 楊恒.開(kāi)關(guān)電源典型設(shè)計(jì)實(shí)例精選[M].中國(guó)電力出版社.2007.9</p><p>　　[12] 吳顯鼎.集成電子線(xiàn)路設(shè)計(jì)手冊(cè)[M]. 福建人民出版社. </p>

52、;<p>　　[13] Jae H. A Class D Switching Power Amplifier With High Efficiency and WideBandwidth by Dual Feedback Loops[J]. IEEE, 1995, 25(7): 428-429.</p><p>　　[14] Choi S C, Lee J W, Jin WK, et a1. 10-

53、W Single-Chip Class D Power Amplifier with very high efficiency for audio applications [J]. International Conference on Consumer Electronics, 1999, 18-19.</p><p>　　[15] Krit S, Hassan Q. Class D audio Amplif

54、ier with trim-able Ramp Generator design theory and design implementation for portable applications [J]. IEEE International Conference on Design & Technology of Integrated Systems, 2007,208-212.</p><p>&

55、lt;b>　　致 謝</b></p><p>　　本文的順利完成，首先要感謝的是xx老師，從選題到定稿，都是在xx老師的悉心指導(dǎo)下完成的，xx老師學(xué)識(shí)淵博，對(duì)待工作一絲不茍、治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度使我不僅在做論文的過(guò)程中受益匪淺，更是對(duì)我在今后的生活、工作和學(xué)習(xí)都將具有長(zhǎng)遠(yuǎn)的指導(dǎo)意義.</p><p>　　將近四年的大學(xué)生活，讓我學(xué)到了很多，收獲了很多.能一路走來(lái)，我感謝我的同