【正文】 率低得多。圖56正弦波的RMS值高于音頻信號(hào)的RMS值，意味著用正弦波測(cè)試時(shí)，D類放大器的發(fā)熱更大。 與裸露焊盤相接的敷銅塊應(yīng)該用多個(gè)過孔連到PCB背面的其他敷銅塊上。 圖58 D類放大器 3. 輔助散熱當(dāng)D類放大器在較高的環(huán)境溫度下工作時(shí)，增加外部散熱片可以改善PCB的熱性能。要降低峰值電流，應(yīng)在保證輸出功率，以及D類放大器的電壓擺幅以及電源電壓的限制的條件下，選擇最大阻抗的揚(yáng)聲器，如圖510所示。揚(yáng)聲器是一個(gè)復(fù)雜的機(jī)電系統(tǒng)，具有多種諧振元件。雖然這一效率優(yōu)勢(shì)降低了系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)對(duì)散熱性能設(shè)計(jì)的要求，但仍然不能完全忽視系統(tǒng)散熱。電路參數(shù)的計(jì)算：在5v單電源供電下，同時(shí)設(shè)定輸出的對(duì)稱三角波幅度為1v(Vp_p＝2V)。設(shè)置前置放大器，可使整個(gè)功放的增益從1—20連續(xù)可調(diào)，而且也保證了比較器的比較精度。 驅(qū)動(dòng)電路電路如圖516所示。方案一：選用晶體三極管、IGBT管。PWM1與PWM2 都是低電平為零，高電平為VCC 的方波，PWM1 與PWM2 形成的差動(dòng)信號(hào)則是低電平為VCC，高電平為VCC 的方波。相關(guān)參數(shù)如下：PWM 頻率：350～400kHz；音頻信號(hào)：1kHz；負(fù)載：8Ω純電阻；LL2：15μH；CC2 ：。 互補(bǔ)PWM開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)交替開啟Q5和Q8或Q6和Q7，分別經(jīng)兩個(gè)4階Butterworth濾波器濾波后推動(dòng)喇叭工作。 圖530 PWM 濾波前后的時(shí)域波形 圖531 PWM 濾波前后的頻譜分布根據(jù)組成低通濾波器的元件與結(jié)構(gòu)不同，低通濾波效果與應(yīng)用方面不盡相同。MAX9703/MAX9704具有80dB的高PSRR，%的低THD+N，以及超過95dB的SNR。MAX9703是單聲道放大器，MAX9704是立體聲放大器。在D類放大器中，輸出晶體管用作電流調(diào)整開關(guān)，消耗的額外功率可以忽略不計(jì)。MAX9703/MAX9704不需要輸出濾波器，而是利用揚(yáng)聲器線圈自身的電感和揚(yáng)聲器與人耳的天然濾波作用，從方波輸出中恢復(fù)音頻成分。H范圍內(nèi)。3. 輸出失調(diào)與AB類放大器不同的是，D類放大器在加上負(fù)載后其輸出失調(diào)電壓不會(huì)明顯增大靜態(tài)電流。表61 增益設(shè)置7 D類功放的發(fā)展與技術(shù)展望 D類功放的不足（1）輸出功率晶體管并不是純粹的開關(guān)，也不是匹配得很好，會(huì)帶來畸變。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)聲器的電流經(jīng)過DPPTM數(shù)字處理用于控制功率晶體管的導(dǎo)通關(guān)閉，因而不存在脈寬調(diào)制D類功放的那些缺陷。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)備節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快開發(fā)高效、節(jié)能、數(shù)字化的音頻功率放大器，它應(yīng)該具有工作效率高，便于與其他數(shù)字化設(shè)備相連接的特點(diǎn)。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們走了許多彎路，但這同時(shí)使我們從中積累了許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。結(jié)論幾十年來在音頻領(lǐng)域中，A類、B類、AB類音頻功率放大器一直占據(jù)“統(tǒng)治”地位，其發(fā)展經(jīng)歷了這樣幾個(gè)過程：所用器件從電子管、晶體管到集成電路過程；電路組成從單管到推挽過程；電路形成從變壓器輸出到OTL、OCL、BTL形式過程。它和D類功放不同的是，它不是使用脈寬調(diào)制的方法。W/(VDD/100 x η)，只有幾個(gè)微安。不要用VREG作為系統(tǒng)周圍元件的6V電源。典型的8?揚(yáng)聲器等效串聯(lián)電感在30181。傳統(tǒng)的PWM結(jié)構(gòu)采用較大的差分輸出擺幅(2 x VDD峰峰值)，造成紋波電流過大。當(dāng)三角波輸入幅度超出相應(yīng)的比較器輸入電壓時(shí)，比較器的輸出翻轉(zhuǎn)。MAX9703/MAX9704的應(yīng)用與：LCD TV 、LCD監(jiān)視器、臺(tái)式PC、LCD放映機(jī)、免提式車載電話適配器、汽車電子。MAX9703/MAX9704提供兩種調(diào)制方案：固定頻率模式(FFM)與擴(kuò)頻模式(SSM)，SSM模式降低了調(diào)制頻率產(chǎn)生的EMI輻射。圖529 低通濾波器頻率特性圖530與圖531為PWM 濾波前后的時(shí)域與頻域分析。 因輸出功率稍大于l w，屬小功率輸出，可選用功率相對(duì)較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動(dòng)的對(duì)管，IRFDl20和IRFD9120 VMOS對(duì)管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。H 橋式電路輸出PWM波的極性不同，會(huì)對(duì)濾波器輸出產(chǎn)生影響。根據(jù)開關(guān)控制規(guī)律的不同，橋式電路的PWM 輸出可分為雙極性PWM 與單極性PWM。此方式可充分利用電源電壓，浮動(dòng)輸出載波的峰—峰值可達(dá)10 v，有效地提高了輸出功率，且能達(dá)到題目所有指標(biāo)要求，改選用此輸出電路形式。圖515前置放大器電路考慮到前置放大器的最大不失真輸出電壓的幅值V2．5v，取V= V，則要求輸入的音頻最大幅度V( V/ A)=2/8=250mv。 出于三角波V=2v，所以要求音頻信號(hào)的V不能大于2v，否則會(huì)使功放產(chǎn)生失真。 TLC4502不僅具有較寬的頻帶，而且可以在較低的電壓下滿幅輸出，既保證能產(chǎn)生線性良好的三角波，而且可達(dá)到發(fā)揮部分對(duì)功放在低電壓下正常工作的要求。8阻抗、13cm口徑揚(yáng)聲器的阻抗隨頻率改變而急劇變化。雖然大多數(shù)揚(yáng)聲器的阻抗都采用4或8，但也可采用其他阻抗的揚(yáng)聲器實(shí)現(xiàn)更高效的散熱。當(dāng)D類放大器工作在較高環(huán)境溫度下，可能需要如圖示的SMT散熱片 圖59 SMT散熱片4． 負(fù)載阻抗D類放大器MOSFET輸出級(jí)的導(dǎo)通電阻會(huì)影響它的效率和峰值電流能力。雖然對(duì)整體熱性能的改善不到10%，但這樣的改善卻會(huì)給系統(tǒng)帶來兩種截然不同的結(jié)果 即使系統(tǒng)具備較理想的散熱或出現(xiàn)較嚴(yán)重的發(fā)熱。敷銅走線應(yīng)盡可能寬，因?yàn)檫@將影響到系統(tǒng)的整體散熱性能。因此，測(cè)量系統(tǒng)的熱性能時(shí)，最好使用實(shí)際音頻信號(hào)而非正弦波作為信號(hào)源。盡管使用正弦波進(jìn)行測(cè)量比較方便，但這樣的測(cè)量結(jié)果卻是放大器在最壞情況下的熱負(fù)載。LC濾波器的元器件，尤其是電感器，占用PCB面積并且增加成本。D類放大器的有源器件是開關(guān)輸出級(jí)和調(diào)制器。電感器設(shè)計(jì)考慮因素：設(shè)計(jì)或選擇電感器的重要因素包括磁芯的額定電流和形狀，以及繞線電阻。下圖示出一個(gè)差分式二階LC濾波器。當(dāng)非重疊時(shí)間結(jié)束時(shí)，二極管偏置從正向變?yōu)榉聪?。例如，整個(gè)LC濾波器(包括揚(yáng)聲器接線)的布局應(yīng)盡可能地緊密，并且保持靠近放大器。這樣至少會(huì)處理一部分失真源，但不是全部。在精心設(shè)計(jì)的閉環(huán)D類放大器中，可以達(dá)到PSR 60 dB和THD %的高保真音質(zhì)。電源抑制 (PSR): 在下圖所示的電路中，電源噪聲幾乎直接耦合到輸出揚(yáng)聲器，具有很小的抑制作用。但不幸的是，它們易于引入到D類放大器中，除非當(dāng)放大器靜噪或非靜噪時(shí)特別注意調(diào)制器狀態(tài)、輸出級(jí)時(shí)序和LC濾波器狀態(tài)。這個(gè)問題通常通過欠壓封鎖電路來處理，只有當(dāng)電源電壓大于欠壓封鎖閾值時(shí)才允許輸出級(jí)工作。如果不經(jīng)核查，這個(gè)電流會(huì)破壞晶體管或外圍電路。在高輸出功率情況下，功耗和效率主要由傳導(dǎo)損耗決定，而在低輸出功率情況下，功耗主要由開關(guān)損耗決定。如要求更高則需用四階濾波器，這時(shí)成本和匹配等問題都必須加以考慮。但此時(shí)晶體管的開關(guān)損耗會(huì)隨頻率上升而上升，無源器件小的高頻損耗、射頻的趨膚效應(yīng)都會(huì)使整機(jī)效率下降。另外，整機(jī)的效率全在于管子飽和壓降引起的管耗。能夠輸出的最大功率由負(fù)載、電源電壓和晶體管允許流過的電流來決定。圖51是D類功放的基本結(jié)構(gòu)，可分為三個(gè)部分：圖51 D類功放的基本結(jié)構(gòu)第一部分為調(diào)制器，最簡單的只需用一只運(yùn)放構(gòu)成比較器即可完成。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)接通的開關(guān)，把電源與負(fù)載直接接通*理想晶體管因?yàn)闆]有飽和壓降而不耗電，實(shí)際上晶體管總會(huì)有很小的飽和壓降而消耗部分電能。認(rèn)為A類功放聲音最為清新透明，具有很高的保真度。 （5）能量轉(zhuǎn)換效率極高，體積小，可靠性高。這種差別使得D類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著的優(yōu)勢(shì)，因?yàn)榈凸漠a(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板(PCB)面積和成本，并且能夠延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。準(zhǔn)確，應(yīng)防止節(jié)點(diǎn)的虛脫和注意地端的連接。EDA技術(shù)經(jīng)過了三個(gè)階段的發(fā)展。圖42表示如何將正弦波變?yōu)槊}沖波，讓脈沖波的寬度受正弦波幅度調(diào)制，稱為PWM信號(hào)，即“脈寬調(diào)制”信號(hào)。由于受到脈寬調(diào)制數(shù)據(jù)流的作用，晶體輸出管將迅速地時(shí)而飽和導(dǎo)通工作，時(shí)而截止不工作。LCD平板顯示器的發(fā)展對(duì)電子器件提出了“低溫運(yùn)行(cool running)”的需求，這是由于工作溫度的升高將影響顯示顏色對(duì)比度。因?yàn)镈類放大器的晶體管只是作為開關(guān)使用的，用來控制流過負(fù)載的電流方向，所以輸出級(jí)的功耗極低。如果輸入波形其他邊沿很陡直，降低工作點(diǎn)后，對(duì)導(dǎo)通角影響很小，那么失真劣化不大而效率又可以提高。這種狀態(tài)失真度就很大了，所以一般乙類放大器都用雙管做成推挽式，每管工作半周構(gòu)成完整的正弦波以減少失真。即A類、AB類、B類、C類、D類。功率放大器的輸出端接額定負(fù)載電阻凡(代替揚(yáng)聲器)，輸入端接U，逐漸增大輸入電壓U，直到U的波形剛好不出現(xiàn)諧波失真(r1%)，此時(shí)對(duì)應(yīng)的輸出電壓為最大輸出電壓。2 音響的基礎(chǔ)知識(shí) 聲音的基本特性音量:它與聲波的物理量“振幅”有關(guān)，聲波的振幅大，人耳就感覺聲音響，音量大，反之，則聲音輕，音量小，音量的大小是人耳聽音的主觀感覺。，輸出功率不可能做的很大。如今，隨著脈沖調(diào)制放大電路的技術(shù)瓶頸被逐漸解決，數(shù)字放大器的優(yōu)點(diǎn)日漸突顯，新品不斷推出，也越來越受到人們的關(guān)注了。而作為音響系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)的功率放大器和揚(yáng)聲器卻長期在數(shù)字化的大門外徘徊。工作在開關(guān)狀態(tài)下的D類功率放大器卻很容易實(shí)現(xiàn)，大功率，高效率，低失真。功率器件的耗散功率小，產(chǎn)生熱量少，可以大大減小散熱器的尺寸，連續(xù)輸出功率很容易達(dá)到數(shù)百瓦。 音響的結(jié)構(gòu)及參數(shù)前置放大器和功率放大器，前置放大器承擔(dān)控制任務(wù)為主，對(duì)各種節(jié)目源信號(hào)進(jìn)行選擇和處理，進(jìn)行各種音質(zhì)控制，以美化音色。測(cè)量條件如下:調(diào)節(jié)音量控制器使輸出電壓約為最大輸出電壓的50%輸入端接音調(diào)控制器，使信號(hào)發(fā)生器的輸出頻率f從20Hz20KHz(保持U=20mV不變)測(cè)出負(fù)載電阻上對(duì)應(yīng)的輸出電壓U。因此，它不能直接輸入模擬音頻信號(hào)，而是需要某種變換后再放大。圖33 推挽電路形式IBVBEIBVBE圖34 AB類放大和B類放大3. C類放大器情況如圖35，靜態(tài)置偏點(diǎn)在截止點(diǎn)之下，當(dāng)信號(hào)輸入時(shí)只有超過偏置點(diǎn)部分管子才導(dǎo)通(導(dǎo)通角小于90度)，效率更高，但由于失真過大，難用于音頻功放，多用于高頻功放作為倍頻用，集電極電流呈脈沖狀，諧波豐富，再用高Q電路調(diào)諧于基波頻率，濾處諧波成分，使輸出完整波形的正弦波。事實(shí)上由于關(guān)斷時(shí)器件尚有微小漏電流，而導(dǎo)通時(shí)，器件并未完全短路，尚有一定管壓降，故存在較少直流損耗，效率不能達(dá)100%，實(shí)際在8090%,是實(shí)用放大器中效率最高的。D類放大器對(duì)散熱器的要求大為降低，甚至可以省去散熱器，因此非常適用于緊湊型大功率應(yīng)用。根據(jù)市場(chǎng)需要，一些制造商改進(jìn)了D類放大技術(shù)，使D類放大器具有更理想價(jià)格的同時(shí)，也具備了與AB類放大器相近的音頻性能。D類放大器的電路工作方式為開關(guān)狀態(tài)，作為放大音頻正弦信號(hào)，還需模/數(shù)轉(zhuǎn)換電路，將音頻模擬信號(hào)先變?yōu)槊}沖方波，從而進(jìn)行放大。D類功放使用的開關(guān)管采用功率型MOSFET，即大功率場(chǎng)效應(yīng)管，并為保證足夠的激勵(lì)電壓而設(shè)有驅(qū)動(dòng)電路，使FET能充分的開啟和關(guān)斷。它不僅為電子技術(shù)設(shè)計(jì)人員提供了“自頂向下”的設(shè)計(jì)理念，同時(shí)也為教學(xué)提供了一個(gè)極為便捷的、科學(xué)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)平臺(tái)。YN元件參數(shù)調(diào)整仿真測(cè)試確定研究課題仿真建模設(shè)定測(cè)試點(diǎn)及要求選定測(cè)試儀器仿真測(cè)試數(shù)據(jù)綜合分析結(jié)果 圖4－4 EDA仿真分析流程圖 D放大器原理仿真概述根據(jù)上面的研究，D類音頻功率放大器主要有三角波發(fā)生器、電壓比較器、場(chǎng)效應(yīng)管驅(qū)動(dòng)電