【正文】 仍然需要放大器時慎重考慮其散熱。但是在低成本、低功耗應(yīng)用中，電感器的成本很高。對于處理模擬輸入的D類放大器也需如此轉(zhuǎn)換，但對于數(shù)字輸入的D類放大器有效地集成了DAC功能。真正需要考慮的折衷是系統(tǒng)的其它元器件。如果電阻太高，應(yīng)當(dāng)使用較粗的繞線或選用要求繞線匝數(shù)較少的其它金屬材質(zhì)的磁芯，用以提供需要的電感。原因是如果電流超過額定電流閾值并且電流密度太高，許多電感器磁芯會發(fā)生磁性飽和，導(dǎo)致電感急劇減小，這是我們所不期望的。對于常見的揚聲器阻抗以及標準的L值和C值，表51給出了標稱元器件值及其相應(yīng)的近似Butterworth響應(yīng)。盡管揚聲器阻抗有時近似于簡單的電阻，但實際阻抗比較復(fù)雜并且可能包括顯著的無功分量。在成本和EMI性能之間的一種好的折衷方法是通過屏蔽減小來自低成本鼓形磁芯的輻射。通過保持非重疊時間非常短(還建議將音頻失真減至最小)使EMI減至最小。正確布置它們可將高頻瞬態(tài)電流限制在靠近放大器的本地環(huán)路內(nèi)，而不會沿電源線長距離傳導(dǎo)。另一個要注意的地方是當(dāng)輸出級晶體管柵極電容開關(guān)時會產(chǎn)生大的瞬態(tài)電荷。但是，可以使用一些板級的設(shè)計方法減少D類放大器發(fā)射的EMI，而不管其基線譜如何。 EMI處理D類放大器輸出的高頻分量值得認真考慮。這樣可以改善PSR，但不會解決任何失真問題。連續(xù)時間模擬反饋對于捕獲有關(guān)脈沖時序誤差的重要信息也是必需的，因此控制環(huán)路必須包括模擬電路以處理反饋信號。LC濾波器輸入的反饋會大大提高PSR并且衰減所有非LC濾波器失真源。濾波器抑制高頻噪聲，但所有音頻頻率都會通過，包括音頻噪聲。用于避免沖擊最短的死區(qū)時間對于將失真減至最小經(jīng)常是最有利的。這對于各種放大器是可以達到的，但在放大器設(shè)計期間必須跟蹤具體的噪聲源以保證達到滿意的總體SNR。 音質(zhì)處理在D類放大器中，要獲得好的總體音質(zhì)必須解決幾個問題。因此，避免MH和ML同時導(dǎo)通的情況很重要，因為它會產(chǎn)生一個從VDD到VSS的低電阻路徑通過晶體管，從而產(chǎn)生很大的沖擊電流。 欠壓: 大多數(shù)開關(guān)輸出級電路只有當(dāng)正電源電壓足夠高時才能正常工作。在簡單保護方案中，如果輸出電流超過安全閾值，輸出級關(guān)斷。通過測量溫度，控制電路可逐漸減小音量水平，減少功耗并且很好地將溫度保持在限定值范圍內(nèi)，而不是在熱關(guān)斷期間強制不發(fā)出聲音。 輸出級保護輸出級必須加以保護以免受許多潛在危險條件的危害： 過熱: 盡管D類放大器輸出級功耗低于線性放大器，但如果放大器長時間提供非常高的功率，仍會達到危害輸出晶體管的水平。如果電容或頻率太高，這個“開關(guān)損耗”就會過大，所以存在實際的上限。 輸出晶體管尺寸選擇選擇輸出晶體管尺寸是為了在寬范圍信號調(diào)理范圍內(nèi)降低功耗。嚴格地講，設(shè)計時應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進去，但作為一個功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類功放與音箱的搭配小更有發(fā)燒友馳騁的天地。同時，三角波形的形狀、頻率的準確性和時鐘信號的抖晃都會影響到以后復(fù)原的信號與原信號不同而產(chǎn)生失真。頻率過低達到同樣要求的THD標準，對無源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若干年前，這種高頻大功率管的價格昂貴，在一定程度上限制了D類功放的發(fā)展。此時功放管的線性已沒有太大意義，更重要的是開關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。當(dāng)正端上的電位高于負端三角波電位時，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功故，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放大音頻信號。在理想情況下，D類功放的效率為100％，B類功放的效率為78．5％，A類功放的效率才50％或25％(按負載方式而定)。D類功放是放大力件處于開關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。B類功放雖然效率提高很多，但實際效率僅為50％左右，在小型使撓式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場合，仍感效率偏低不能令人滿意。產(chǎn)品的一致性好，生產(chǎn)中無需調(diào)試，只要保證元器件正確安裝即可。其電源使用效率高達90%以上，節(jié)約能源，也符合環(huán)保要求。 （4）無過零失真。 （2）高、中、低頻無相對相移，聲音清晰透明，聲像定位準確。實現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類型包括A類放大器，AB類放大器和B類放大器。運行仿真試驗的目的就是得出分析數(shù)據(jù)、電路波形特性及各種相關(guān)參數(shù)。圖4－4給出了電路建模EDA仿真分析時一般的步驟根據(jù)流程圖的步驟，重點應(yīng)該做好課題建模、儀器的連接、運行仿真試驗、分析結(jié)果等工作。EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向。f輸入信 號的頻率諧波頻譜圖43 PWM波的頻譜 D類功放的EDA仿真 EDA仿真概述EDA（Electronic Design Automation ）是指以計算機為工作平臺，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。當(dāng)三角波幅度大于正弦波幅部分，變換電路輸出1；而三角波幅小于正弦波幅處，變換電路均輸出0；這樣即將輸入的正弦信號變?yōu)閷挾入S正弦信號波幅變化的PWM波。從電路看，當(dāng)兩支形狀短路阻抗為0，開路阻抗為無窮大時，電路效率100%。脈沖串在由晶體管放大后，便由LC低通濾波器進行平滑處理，從而恢復(fù)為原有的音樂波形。采用脈寬調(diào)制后，音頻信號便成為一系列的用“0”和“1”表示的寬度可變的脈沖串，脈沖的寬度越寬，信號的幅度就越大。影響D類放大器應(yīng)用的第二個因素便是自身技術(shù)的發(fā)展。D類放大器的某些優(yōu)點推動了手機和LCD平板顯示器這兩個終端設(shè)備市場的迅速發(fā)展。放大器的功耗主要以熱量的形式耗散。D類放大器與線性音頻放大器（如A類、B類和AB類）相比，在功效上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢。D類放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，無信號時無電流，而導(dǎo)電時，沒有直流損耗。為此，要提高效率則應(yīng)降低工作點，使無信號時，無直流損耗。其情況如圖33, 34。圖31 A類放大器2. B類放大器圖32 B類放大器靜態(tài)置偏為Q點，處于截止點上，因此信號輸入時，只有半周導(dǎo)通(導(dǎo)通角為90度) ，如圖32所示。D類放大器比較特殊，它只有兩種狀態(tài)，不是通就是斷。測量:使輸入端對地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負載RL的電壓波形，用交流電壓表測量其有效值。放大器的電壓增益相對于中音頻f (1KHz)的電壓增益下降3dB時所對應(yīng)的低音音頻f和高音音頻f稱為放大器的頻率響應(yīng)。 放大器的技術(shù)指標:音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值(r1%)的最大功率稱為額定功率，表達式；P= U/R, U為負載兩端的最大不失真電壓，R為額定負載阻抗。音色:又叫音品或音質(zhì)，它是由聲音的波形決定的，電子管功放的偶次諧波多，奇次諧波少，聲音柔美，甜潤，晶體管功放奇次諧波多，聲音冷艷，清麗。而且有更高的保真度，這一點，在國外的SVD類功率放大器中已經(jīng)開始運用，如:TEXAS公司的TPA2002D2。D類功率放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，理論效率可達100%，實際的運用也可達80%以上。此外，模擬功率放大器還存在以下的缺點:，成本高。模擬功率放大器通過采用優(yōu)質(zhì)元件，復(fù)雜的補償電路，深負反饋，使失真變得很小，但大功率和高效率一直沒有很好的解決。其實早在20世紀60年代末期就有人著手數(shù)字放大器的研究，為什么在這數(shù)十年以來的音響發(fā)展歷程，一直不見其產(chǎn)品面市？究其原因，是在數(shù)字音頻放大器的設(shè)計與制作過程中，最大的難題就是高速轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。應(yīng)用電子技術(shù)畢業(yè)設(shè)計目錄1 引 言 52 音響的基礎(chǔ)知識 7 聲音的基本特性 7 音響的結(jié)構(gòu)及參數(shù) 7 放大器的技術(shù)指標 73 放大器的簡介 94 D類功放的原理及仿真 13 D類功放的工作原理 13 D類功放的EDA仿真 15 EDA仿真概述 15 D放大器原理仿真概述 16 輸入信號抽樣――PWM波的形成仿真 17 輸出信號PWM波的頻譜仿真分析 17 D類功放的優(yōu)點 185 D類功放的硬件設(shè)計 19 D類功放的設(shè)計原理 19 D類功放的設(shè)計要素 22 輸出晶體管尺寸選擇 22 輸出級保護 22 音質(zhì)處理 23 EMI處理 25 LC濾波器設(shè)計 26 27 散熱注意事項 27 D類功放電路分析與計算 31（PWM） 31 前置放大器 33 驅(qū)動電路 34 高速開關(guān)電路 35 低通濾波 406 MAX9703/MAX9704單聲道/立體聲D類音頻功率放大器 44 概述 44 MAX9703/MAX9704詳細說明 44 工作效率 44 應(yīng)用信息 457 D類功放的發(fā)展與技術(shù)展望 47 D類功放的不足 47 D類功放的最新發(fā)展——T類功率放大器 47結(jié)論 48致謝 49參考文獻 501 引 言 音響技術(shù)發(fā)展到今天，音響設(shè)備中大部分已實現(xiàn)了數(shù)字化，如作為音源的CD、DAT、MD、DVD等，數(shù)字調(diào)音臺以及數(shù)字效果器、壓限器、激勵器等周邊設(shè)備也被一些專業(yè)場所使用。隨著生活水平的提高，環(huán)保與能量的利用率也漸漸成為人們所關(guān)注的問題，正因為這樣，人們再一次把目光投向數(shù)字功放。低失真，大功率，高效率是對功率放大器提出的普遍要求。功率輸出受到限制。D類開關(guān)音頻功率放大器的工作基于PWM模式:將音頻信號與采樣頻率比較，經(jīng)自然采樣，得到脈沖寬度與音頻信號幅度成正比例變化的PWM波，然后經(jīng)過驅(qū)動電路，加到功率MOS的柵極，控制功率器件的開關(guān)，實現(xiàn)放大，將放大的PWM送入濾波器，則還原為音頻信號。對于高電感的揚聲器，在設(shè)計電路時，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。音調(diào):是人耳對聲音調(diào)子高低的主觀感覺，聲調(diào)的高低與聲音的物理量“頻率”對應(yīng)人耳的聽覺范圍:20hz～20KHz稱之為可聽聲，低于20Hz稱為次聲，高于20KHz稱為超聲，人耳對3K～4K的聲音最敏感。有電壓放大，電流放大，要求是宏亮而不失真。測量后應(yīng)迅速減小U，以免損壞功率放大器。使輸入為零時，輸出負載凡上的電壓稱為噪聲電壓U。在音頻功放領(lǐng)域中，前四類均可直接采用模擬音頻信號直接輸入，放大后將此信號用以推動揚聲器發(fā)聲。這種放大狀態(tài)失真度較小，只受器件特性曲線的影響，若器件線性好則失真最小，但是，當(dāng)無交流輸入時，有約一半幅度(Q點)的直流電流，其損耗為I V，故效率是最低的，低于50%，所以這種A類功率放大僅用于很小功率的收音機，助聽器中，也有用于高級的HiFi功放中。乙類狀態(tài)的最大優(yōu)點是無信號時原則上沒有直流電流，因而沒有直流功率損耗，效率超過50%，但由于曲線起始端的非線性，常將推挽放大器的兩管均少量正向置偏，其導(dǎo)通角大于半周，故效率不能做得很高達60%70%.工作介于AB之間，故又稱AB類功放。無信號時電流愈大則直流損耗大，效率低。波形陡直的極端狀態(tài)時輸入信號為矩形波，這種波形，無論偏置如何變化，由于前后沿是垂直升降的，導(dǎo)通狀態(tài)都不會變化，這樣就誕生了工作與脈沖放大狀態(tài)的D類放大器。并且由于工作比音頻高10余倍的脈沖狀態(tài)，電源整流紋波對電路工作影響很小。D類放大器的功耗主要來自輸出晶體管導(dǎo)通阻抗、開關(guān)損耗和靜態(tài)電流開銷。首先，是市場需要。而D類放大器的高效率意味著驅(qū)動電子設(shè)備時功耗更低，使LCD平板顯示器工作時發(fā)熱更少，圖像顯示效果更好。 4 D類功放的原理及仿真 D類功放的工作原理D類功率放大器的原理，首先將脈沖編碼調(diào)制（PCM，Pulse Code Modulation）音頻數(shù)據(jù)流通過專門的等比特數(shù)字處理器（EquibitDSP）變換為脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）的數(shù)據(jù)流。晶體管導(dǎo)通工作時間越長，信號幅度便越大，于是晶體輸出管為揚聲器提供的電流也時而因管子導(dǎo)通而有電流流過，時而因管子截止而沒有電流流過，音頻信息便包含在這些接通、斷開的周期過程中。輸出A / DLPF 輸入D/ A圖41 D類放大器的原理方塊圖