文档介绍：D 类功放设计报告课程名称:电子综合设计辅导项目内容: D 类功率放大器学院: 专业: 班级: 姓名: 学号: 指导老师: 时间: 2010 年6月 22日设计项目 D 类功率放大器一、设计任务设计一个高效 D 类功率放大器, 供电电压为单 18V , 输入信号幅度小于 100mV ,上限截止频率 10kHz ,输出负载阻抗 8Ω~4Ω。二、对设计任务的分析所谓 D 类功率放大器, 就是将音频信号转成脉宽变化的形式, 再由脉冲放大器放大输出, 然后通过低通滤波电路还原成音频信号。由于脉冲放大器工作在开关状态, 电路本身的损耗只限于三极管( 或场效应管) 导通时饱和压降引起的损耗和元件开关损耗, 适当选择元件, 可以使得总损耗较小,因而电路工作效率较高。这类方式的放大电路实际是工作在非线性状态。为了实现线性信号的传送,采用了 PWM 技术,即音频信号幅度的大小体现在脉冲信号的宽度中。脉冲宽度大代表音频信号幅度大; 反之, 脉冲宽度小则代表音频信号幅度低。对正弦信号进行调制时, 称为 SPWM 调制, 调制后的脉冲宽度按正弦规律变化,如图 2-1 所示。图 2-1 SPWM 波形图这类电路的损耗主要是开关器件的开关损耗。每一个开关管在每一个周期中都要开、关动作一次, 损耗量的大小受器件性能制约。在器件性能确定后, 为了进一步减少损耗, 可以采用 SSPWM 型调制方式。所谓 SSPW M 调制, 是指对正弦信号进行单边调制, 其理想的工作波形图如图 2-2 所示。在正弦信号的一个周期内, 只有一半的开关元件处于开关工作状态, 理论上可以使原功率电路的开关损耗减小一半。 D 类功率放大器的输出以全桥驱动为宜,这样在有限的工作电源电压下, 可以获得最大的输出功率。在输出电路中, 还需要连接 LC 低通滤波电路, 以滤除高频脉冲信号, 保留原来的音频信号输出, 防止开关脉冲影响声音质量。低通滤波电路的阶数越高, 滤波效果越好, 一般都采用二阶以上的滤电路。目前,只有在开关频率特别高的小功率 D 类功率放大器中, 省略了后续的滤波电路。图 2-2 SPWM 波形图三、设计框图图 2-3 D 类功率放大器组成框图四、总电路原理图图 2-4 D 类功率放大电路总原理图五、功能电路的设计 1 、音频前置放大电路当输入音频信号幅度较小时, 需要先进行放大。实现这一功能的电路称为前置放大电路。前置放大器输出的最大音频信号峰值不得超 C6 过 , 否则会出现峰值切割失真。正常情况下, 音频信号的峰值为 。因此,放大器的增益不必过高。以 MIC 作为声源输入,电压增益可以设为 100 倍; 以线路输入为标准, 电压增益可以设为 10倍。2、 PW M 调制电路 .三角波产生电路图 2-5 前置放大电路三角波产生电路由二个运算放大器构建而成,如图 2-6 所示。为了适合单电源工作, 用电阻 R1 、 R2和 C1 给运算放大器输入端设置了中间值电位。图 2-6 方波- 三角波产生电路 IC1A 输出三角波, 三角波信号输出的幅度受 R4 、 R5 控制,即 R4、R5 决定三角波的二个峰值电位高低。 IC1B 输出方波, 其幅值不能由运算放大器自身精确控制, 特别是最高电位会受电源电压影响, 因此加入稳压二极管 D2 , 以恒定方波的最高电位。考虑工作电压的高低和二极管本身的温度稳定性,选用 稳压管( 管更稳定,但稳压值不够高)。考虑运算放大器工作条件,由 D1 、 R1 、 R2、 C1 组成的电路设置基准电压 U1 , 为运算放大器提供中间值的参考电位, 这里设为 。 R6 、 C2 间属于恒流充、放电方式。三角波的电压幅度决定了被除数调制音频信号的最大幅度, 是一个重要的设计参数。三角波的峰值计算如下: 运算放大器 NE5532 的第 5 脚、第 2 脚和第 3 脚电位被控制在 。当 IC1B 输出高电位时,通过 R6 向电容 C2 充电, IC1A 输出端电位下降, 形成三角波的下降段。直到最低值 U- ,此时必定有 R5 R4?R5??U???U?? ,即 U???R4?R5?? 。若取 R4=R5=10k , IC1A 输出端最低电位 U-为 。此电位值在运算放大器输出最低电位 以上,属于运算放大器的线性范围之内。此后情况发生逆转, IC1B 输出低电位, 通过 R6 向电容 C2 反充电, IC1 A 输出端电位上升, 形成三角波的上升段。直到最高值 U+ , 此时必定有(设运算放大器输出低电位为 0V ) R3?R4 R3?R4?R5?U????? ,即 U???R3?R4?R5R3?R4?