文档介绍：高效率音频功率放大器设计【摘要】效率是功率放大器重要指标,在理想情况下, D 类功放的效率为 100% ,B 类功放的效率为 % ,A 类功放的效率才 50% , 在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合, 仍感效率偏低不能令人满意。所以, 效率极高的 D 类功放, 因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。本文叙述了高效率音频功率放大器设计要求及方法。 FPGA 是实现高效率音频功率放大器功率测量的方法,设计方法新颖,具有实用性。【关键词】高效率音频功率放大器 FPGA 设计 1 设计要求设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。功率放大器的电源电压为+5V (电路其他部分的电源电压不限) ,负载为 8 Ω电阻。功率放大器(1) 3dB 通频带为 300Hz ~ 3400Hz , 输出正弦信号无明显失真。(2) 最大不失真输出功率≥ 1W。(3) 输入阻抗>10k Ω, 电压放大倍数 1~ 20连续可调。(4) 低频噪声电压( 20kHz 以下)≤ 10mv , 在电压放大倍数为 10, 输入端对地交流短路时测量。(5) 在输出功率 500mW 时测量的功率放大器效率(输出功率/ 放大器总功耗) ≥ 50% 。(2 )设计并制作一个放大倍数为 1 的信号变换电路,将功率放大器双端输出的信号转换为单端输出,经 RC 滤波供外接测试仪表用,高效率音频功率放大器框图如图所示。图中,高效率功率放大器组成框图可参见本题第 4项“说明”。图高效率音频功率放大器框图(3 )设计并制作一个测量放大器输出功率的装置,要求具有 3 位数字显示,精度优于 5%。(4 )说明: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 类放大器即高效率功率放大器组成框图如图。本设计中要求采用 D 类放大方式,不允许使用 D 类功率放大集成电路;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( +5V ) ,不包括第 2、3 项涉及的电路部分功耗。制作时要注意便于效率测试;在整个测试过程中,要求输出波形无明显失真。图高效率功率放大器组成框图 D 类放大器的工作原理一般的脉宽调制 D 类功率放大的原理框图如图所示。 D 类功率放大的波形图如图所示。图 D 类功率放大的原理框图图 D 类功率放大的波形图高效率音频功率放大器硬件电路脉宽调制器(1 )三角波发生器。三角波发生器采用宽频带、低漂移、满幅运放 TLV2464 及高速精密电压比较器 LM311 来实现,电路如图所示。运放 TLV2464 的满幅放大既保证能产生线性良好的三角波,而且可以保证低电压供电下输出较大幅度。载波频率的选定既考虑抽样定理, 又考虑电路实现。选择载波频率为 150kHz ,使用四阶 LC 滤波器,输出端对载波频率衰减大于 60dB 。三角波发生器频率为 150kHz ,C为 750pF 。 100k Ω电位器用于调节三角波发生器频率。(2) 前置放大器。前置放大器如图所示。用于音频信号放大, 使功放电压放大倍数 1~ 20 倍可调, 也保证比较器的比较精度。(3) 比