【正文】 路的負反饋量減少了，后來卻意外地發(fā)現(xiàn)負反饋量減少后的音質(zhì)非常好，客觀技術(shù)指標較差，而更正錯誤以后的線路盡管技術(shù)指標提高了，音質(zhì)反而比誤接時明顯下降。元器件的進步使晶體管功率放大器的技術(shù)指標產(chǎn)生了質(zhì)的飛躍，在主觀 音質(zhì)評價方面，也改變了過去人們對晶體管功放的看法，無論是在廳堂擴音、電臺節(jié)目制作還是家庭重放，晶體管功放都被大量地采用，首次在數(shù)量上以壓倒性的優(yōu)勢超過了電子管功放。 “還是膽機規(guī)聲 ”，這種看法的確事出有因。 早期的放大器幾乎全用鍺管來制作，但由于鍺管工藝上的一些原因，使得放大器中所用的晶體管，尤其是功放管性能指標不易做得很高，例如，共發(fā)射極截止頻率 fh的 典型值為 4kHz，大電流管的耐壓值一般在 30V 一 40V 左右。 功放的 發(fā)展 音頻功率放大器是一個技術(shù)已經(jīng)相當成熟的領(lǐng)域，幾十年來，人們?yōu)橹冻隽瞬恍傅呐?，無論從線路技術(shù)還是元器件方面，乃至于思想認識上都取得了長足的進步。 ”許多中國廠商專門針對國內(nèi)市場，這有助于在初期解決設備需求問題。同時，許多運營商在 3G 相關(guān)的開支方面更加謹慎，導致 GSM 系統(tǒng)的生存周期加長，這也反過來減緩了 3G的增長步伐。 ...................... 21 死區(qū)時間設定 ......................................................................................... 21 過調(diào)制保護 ............................................................................................. 21 反饋放大器和濾波器 ............................................................................... 21 誤差放大器 ........................................................................................... 22 外部元件功能說明 ................................................................................ 22 結(jié) 語 .................................................................................................... 23 參考文獻 ............................................................................................................... 24 致謝 ...................................................................................................................... 25 大慶石油學院應用技術(shù)學院畢業(yè)論文 1 第 1 章 功率放大器市場前景 ABI Research 全球射頻功率放大器市場前景 展望市場 ABI Research日前發(fā)布報告展望全球射頻功率放大器市場，報告顯示雖然手機 基站設備市場收縮，但市場衰落并沒有想像中嚴峻。不久的將來， D 類音頻功率放大器必然取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。對于高電感的揚聲設備，在設計電路的時候，是可以省去低通濾波器（ LPF），這樣可以大大的節(jié)省體積和花費。常常需要設計復雜的補償電路和過流，過壓，過熱等保護電路，體積較大，電路復雜。大慶石油學院應用技術(shù)學院畢業(yè)論文 I 摘要 全球音視頻領(lǐng)域數(shù)字化的浪潮以及人們對音視頻節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快研究開發(fā)高效，節(jié)能，數(shù)字化的音頻功率放大器。 ⒉ 效率低，輸出功率不可能做的很大。而且有更高的保真度，這一點，在國外的 5V D 類音頻功率放大器中已經(jīng)得到了運用，如： TEXAS 公司的 TPA2021D2。 全球音視頻領(lǐng)域數(shù)字化的浪潮以及人們對音視頻節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快研究開發(fā)高效，節(jié)能，數(shù)字化的音頻功率放大器。研究報告也指出，最近 15 個月射頻功放市場上出現(xiàn)兩個明顯變化：中國供應商開始殺入市場，使用高效率放大器的設計增長。這對功率放大器和器件市場帶來直接影響。中國開始部署 TDSCDMA也將促進整體市場增長?；仡櫼幌鹿β史糯笃鞯陌l(fā)展歷程，對我們廣大音響愛好者來說也許是一件饒有趣味的事情。這樣，放大器的頻率響應也就很狹窄，其 3dB 截止頻率通常在 10kHz 左右，大大影響了音樂中高頻信號的重現(xiàn)。 晶體管功放的發(fā)展和互調(diào)失真 隨著 半導體工藝的逐漸成熟，大電流、高耐壓的晶體管品種日益增加，越來越多的功率放大器采用了無輸出變壓器的 OCL電路或 OTL電路。在商品化的晶體管擴音機中，相繼出現(xiàn)了一些摧琛奪目的名機，如 JBL的 SA600，Marantz 互補對稱電路 MOdel15 等等。這一現(xiàn)象引起了當時同一工廠的 的重視，之后，他對此進行了悉心研究，于 1970 年首先發(fā)表丁關(guān)于晶體管功率放大器瞬態(tài)互調(diào)失真 (TIM)的論文。60dB 的負反饋，所以對一臺增益要求為 26dB 的放大器，它的開環(huán)增益就要 達到 686dB。如果過渡脈沖波形上還疊加有正弦信號，輸出端還會得到很多輸入信號頻譜不存在的互調(diào)頻率成份，這就是 TIM 失真。 功放輸入級 —差動與共射 共基 對稱和平衡是電路發(fā)展的方向?qū)ΨQ和平衡也許是世上事物完美的標志之一。 最初采用對稱設計的例子要算互補對稱電路了，一上一下的兩只異極性晶體管作推挽輸出，不僅 可以免除笨重的輸出變壓器，而且電路的偶次諧波失真在推挽的過程中被抵消了，保真度有了很大提高。典型的 OCL 放大器外，單管放大的過載能力也很差，這一系列的缺點是不利于電路的動態(tài)性能的。寬頻響的推動級拉開了與輸入級極點的距離，相位補償變得很 ’容易，而且電容 C 的容量可以大大減小，這對于改善 TIM 失真是很有利的。 當今許多最先進的功率放大器采用的也是這種電路結(jié)構(gòu)。 PIONEER 的 M22K 功率放大器就是采用的這種電路結(jié)構(gòu)，取得了非常好的效果。 隨著節(jié)目源的變化，音樂中包含大量瞬變、高能量的成份，要完美地重現(xiàn)這些細節(jié)，就要求放大器具有良好的動態(tài)響應，對晶體管配對的要求就不僅是靜態(tài)的 HrR 和VBE 匹配，而且在動態(tài)時也要高度匹配，這無疑對元器件參數(shù)的平衡提出了更苛刻的要求。電源部份作為推動揚聲器發(fā)聲的源泉，再也不應象過去那樣隨便找個整流電源接上了事。 大慶石油學院應用技術(shù)學院畢業(yè)論文 5 第 2 章 音頻放大器 音頻放大器 音頻放大器的歷史 音頻放大器已經(jīng)快有一個世紀的歷史了，最近幾年，電子產(chǎn)品正在向薄型化、便攜式迅速發(fā)展。與體積龐大的傳統(tǒng)線性放大器相比，使用 D類放大器并不影響音頻信號的音質(zhì)卻能夠?qū)崿F(xiàn)便攜產(chǎn)品的小型化，因此市場對電子產(chǎn)品薄型化、便攜式的需求 趨勢造就了傳統(tǒng)放大器向數(shù)字放大器的轉(zhuǎn)化。但是首先這代放大器變得價格可以承受，其次在低功耗性能上接近甚至超過了 AB 類放大器 ，從而獲得了一定的應用。最后還不能忽視新的架構(gòu)技術(shù)。通過一個比較器將音頻信號與高頻三角波進行比較，當反相端電壓高于同相端電壓時，輸出為低電平；當反相端電壓低于同相端電壓時，輸出為高電平。 (4)MOSFET 沒有二次擊穿失效機理，他在溫度越高時往往耐力越強，發(fā)生熱擊穿的可能性越低。而且， MOSFET 的漏極和源極之間形成的寄生二極管可以充當箝位二極管，在電感性負載開關(guān)中特別有用。此處的 線性 是指 MOSFET 保持連續(xù)性的工作狀態(tài)，此時漏電流是所施加在柵極和源極之間電壓的函數(shù)。兩只 MOSFET 交替工作在導通和截止狀態(tài)的開關(guān)速度非?？欤蚨蕵O高，產(chǎn)生的熱量很低，所以 D 類放大器不需要散熱器。 D類數(shù)字音頻功率放大器與上述各類模擬功放的最大區(qū)別是不以線性放大音頻信號為基礎(chǔ)，而是以放大數(shù)字信號為原理的一種數(shù)字信號放大技術(shù)。 圖 22 D 型 數(shù)字功耗的原理圖 大慶石油學院應用技術(shù)學院畢業(yè)論文 8 第 3 章 D 類音頻功率放大器的研究與實現(xiàn) 為適應 CD 光碟等數(shù)字聲源直接輸出的脈沖編碼調(diào)制 (PCM)數(shù)字信號輸入，數(shù)字功放內(nèi)設有一個 PCM 轉(zhuǎn)換為 PWM 的調(diào)制轉(zhuǎn)換裝置。 圖 31 全橋 D 型放大器原理 他采用了由比較器和三角波發(fā)生器組成的固定頻率的 PWM 電路，用輸入的音頻信號幅度對三角波進行調(diào)制，得到占空比隨音頻輸入信號幅度變化的方波，并以相反的相位驅(qū)動上下橋臂的功率管，使功率管一個導通時另一個截止，再經(jīng)輸出濾波器將方波轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l信號，推動揚聲器發(fā) 聲。其輸出電壓是疊加變大的，經(jīng)過低通濾波器后，仍存在較大的負載電流，特別當濾波器設計不好時，流過負載的電流就會更大，從而導致負載損耗大，降低放大器效率。采用這種 PWM 方法能夠抑制零信號輸入時的靜態(tài)損耗，從而有利于放大器效率的提高。該方案在全國大學生電子設計競賽高效率音頻功率放大器的設計 中得到了很好的應用。這樣實現(xiàn)了與輸入脈寬數(shù)據(jù)相對應的 PWM 信號的輸出。 D 功放是基于脈沖寬度調(diào)制技術(shù)的開關(guān)放大器，包括脈沖寬度調(diào)制器 (幾百千赫茲開關(guān)頻率 )，功率橋電路，低通濾波器。為此 ,主要將對說明這類 D類功放作以說明。 D 功放原理框圖，在一個線性功放中信號總是停留在模擬區(qū)，輸出晶體管 (器件 )擔當線性調(diào)整器來調(diào)整輸出電壓。電路運用從半橋輸出的反饋來補償母線電壓的變化。 從拓撲結(jié)構(gòu)對比 看線性和 D 類不同 值此將討論線性功放 (A類和 AB 類 )和 D類數(shù)字功放的不同之處。這就意味著 D 類功放的電源抗擾比率是 0dB,而線性的 PSRR(電源供應抑制比率 )就很好。 D 類功放與 Buck 降壓轉(zhuǎn)換器類拓撲差異 在 D類功放和同步降壓轉(zhuǎn)換器拓撲原理作如圖 3所示。但是在 D 類功放中電流是朝著兩個方向的，即電感電流為雙向。高低端器件有相同的 Ras(on),即兩個開關(guān)作用相同。 由于 MOSFET 開關(guān)速度很快，對于這種功放它是你最好的選擇。 MOSFET 中的功率損耗 功率開關(guān)中的損失在AB 線性功放和 D類功放之間是截然不同的。 半橋和全橋結(jié)構(gòu)拓撲的對比 和普通的 AB 類功放相似， D 類功放可以歸類成兩種拓撲，分別是半橋和全橋結(jié)構(gòu)。一個全橋拓撲允許用更好的 PWM 調(diào)制方案，比如量化幾乎沒有錯誤的三水平 PWM方案。所以就沒有可以回流的能量。原因是：從調(diào)制器到開關(guān)級由于分辨率限制和時間抖動而導致的 PWM 信號中的非線性。由于限定的輸出電阻和通過直流母線的能量的反作用而引起得電源電壓波動 *輸出 LPF 中的非線性。 死區(qū)時間為死區(qū)時間 (或稱延時時間 )對失真的影響示意圖。高端器件在低端器件開通之前關(guān)斷，輸出節(jié)點就會被轉(zhuǎn)到負母線。 有個相似的情況發(fā)生在負工作區(qū)，輸出電流從加載流向 D類功放。 在以前描大慶石油學院應用技術(shù)學院畢業(yè)論文 13 述的兩個操作模式中存在一個區(qū)域，在這個區(qū)域中輸出時間與死區(qū)時間是獨立的。在音頻信號的周期中的這三個不同區(qū)域增議會歪曲輸出波形。 音頻性能測量 有著 AESl7 網(wǎng)絡過濾器的音頻測量儀器是很必需的。 防止直通 盡管如此，一個狹窄的死區(qū)時間在大量生產(chǎn)中是很危險的。 1關(guān)于電源吸收能量 另外一個在 D 類功放 中引起明顯降額的原因是母線充電，當半橋拓撲在給負載輸出低頻時可以看到。通常，電源沒有辦法吸收從負載回流過來的能量。 EMI 的主要來源之一是來自從高到低流動的 MOSFET 二極管的反向恢復電荷，和電流直通很相象。因此， PCB 布線設計對減小 EMI 和系統(tǒng)可靠性至關(guān)重要的。保證較好可靠性和低的成本條件下，工作在最大結(jié)溫。50V，尺寸： “”1結(jié)論 如果我們在選擇器件時很謹慎，并且考慮到精細的設計布線，因為雜散參數(shù)有很大的影響，那么目前高效 D 類功放可以提供和傳統(tǒng)的 AB 類功放類似的性能。 線性放大器的效率為 50%，所以輸出功率的稍許增加，就會導致電流損耗大幅度的增大以及過度的熱耗散，從而導致需要大體積的散熱片。這一特征使其可以使用一個比線性放大器小得多的散熱片，因而成為用于汽車 OEMs 的極大優(yōu)勢。如果晶體管的電阻很低，通過它們的壓降小，會更進一步地降低功耗。/W 的 IC 結(jié)點電阻 (ΘJA)。但是，結(jié)點溫度對確定散熱片的尺寸則意義重大，因為更高的 TJ 可處理更高的功耗。以分貝作為單位，就是10~20dB[PdB=20log10(VPEAK/VREF)]。當 RMS輸出功率為 10W 時，總功耗為 ，最大結(jié)點溫度為 71℃ 。 大慶石油學院應用技術(shù)