【正文】 率低得多。圖56正弦波的RMS值高于音頻信號的RMS值，意味著用正弦波測試時，D類放大器的發(fā)熱更大。 與裸露焊盤相接的敷銅塊應該用多個過孔連到PCB背面的其他敷銅塊上。 圖58 D類放大器 3. 輔助散熱當D類放大器在較高的環(huán)境溫度下工作時，增加外部散熱片可以改善PCB的熱性能。要降低峰值電流，應在保證輸出功率，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，選擇最大阻抗的揚聲器，如圖510所示。揚聲器是一個復雜的機電系統(tǒng)，具有多種諧振元件。雖然這一效率優(yōu)勢降低了系統(tǒng)設計時對散熱性能設計的要求，但仍然不能完全忽視系統(tǒng)散熱。電路參數的計算：在5v單電源供電下，同時設定輸出的對稱三角波幅度為1v(Vp_p＝2V)。設置前置放大器，可使整個功放的增益從1—20連續(xù)可調，而且也保證了比較器的比較精度。 驅動電路電路如圖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 形成的差動信號則是低電平為VCC，高電平為VCC 的方波。相關參數如下：PWM 頻率：350～400kHz；音頻信號：1kHz；負載：8Ω純電阻；LL2：15μH；CC2 ：。 互補PWM開關驅動信號交替開啟Q5和Q8或Q6和Q7，分別經兩個4階Butterworth濾波器濾波后推動喇叭工作。 圖530 PWM 濾波前后的時域波形 圖531 PWM 濾波前后的頻譜分布根據組成低通濾波器的元件與結構不同，低通濾波效果與應用方面不盡相同。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整開關，消耗的額外功率可以忽略不計。MAX9703/MAX9704不需要輸出濾波器，而是利用揚聲器線圈自身的電感和揚聲器與人耳的天然濾波作用，從方波輸出中恢復音頻成分。H范圍內。3. 輸出失調與AB類放大器不同的是，D類放大器在加上負載后其輸出失調電壓不會明顯增大靜態(tài)電流。表61 增益設置7 D類功放的發(fā)展與技術展望 D類功放的不足（1）輸出功率晶體管并不是純粹的開關，也不是匹配得很好，會帶來畸變。輸入的音頻信號和進入揚聲器的電流經過DPPTM數字處理用于控制功率晶體管的導通關閉，因而不存在脈寬調制D類功放的那些缺陷。全球音視頻領域數字化的浪潮以及人們對音視頻設備節(jié)能環(huán)保的要求，迫使人們盡快開發(fā)高效、節(jié)能、數字化的音頻功率放大器，它應該具有工作效率高，便于與其他數字化設備相連接的特點。致謝經過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經驗的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導師的督促指導，以及一起工作的同學們的支持，想要完成這個設計是難以想象的。此次畢業(yè)設計才會順利完成。如果沒有他們的努力工作，此次設計的完成將變得非常困難。在這次畢業(yè)設計中，我們走了許多彎路，但這同時使我們從中積累了許多經驗教訓。結論幾十年來在音頻領域中，A類、B類、AB類音頻功率放大器一直占據“統(tǒng)治”地位，其發(fā)展經歷了這樣幾個過程：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，它不是使用脈寬調制的方法。W/(VDD/100 x η)，只有幾個微安。不要用VREG作為系統(tǒng)周圍元件的6V電源。典型的8?揚聲器等效串聯電感在30181。傳統(tǒng)的PWM結構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。當三角波輸入幅度超出相應的比較器輸入電壓時，比較器的輸出翻轉。MAX9703/MAX9704的應用與：LCD TV 、LCD監(jiān)視器、臺式PC、LCD放映機、免提式車載電話適配器、汽車電子。MAX9703/MAX9704提供兩種調制方案：固定頻率模式(FFM)與擴頻模式(SSM)，SSM模式降低了調制頻率產生的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，可選用功率相對較小、輸入電容較小、容易快速驅動的對管，IRFDl20和IRFD9120 VMOS對管的參數能夠滿足上述要求，故采用之。H 橋式電路輸出PWM波的極性不同，會對濾波器輸出產生影響。根據開關控制規(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，浮動輸出載波的峰—峰值可達10 v，有效地提高了輸出功率，且能達到題目所有指標要求，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，所以要求音頻信號的V不能大于2v，否則會使功放產生失真。 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，既保證能產生線性良好的三角波，而且可達到發(fā)揮部分對功放在低電壓下正常工作的要求。8阻抗、13cm口徑揚聲器的阻抗隨頻率改變而急劇變化。雖然大多數揚聲器的阻抗都采用4或8，但也可采用其他阻抗的揚聲器實現更高效的散熱。當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． 負載阻抗D類放大器MOSFET輸出級的導通電阻會影響它的效率和峰值電流能力。雖然對整體熱性能的改善不到10%，但這樣的改善卻會給系統(tǒng)帶來兩種截然不同的結果 即使系統(tǒng)具備較理想的散熱或出現較嚴重的發(fā)熱。敷銅走線應盡可能寬，因為這將影響到系統(tǒng)的整體散熱性能。因此，測量系統(tǒng)的熱性能時，最好使用實際音頻信號而非正弦波作為信號源。盡管使用正弦波進行測量比較方便，但這樣的測量結果卻是放大器在最壞情況下的熱負載。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輸出級和調制器。電感器設計考慮因素：設計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。下圖示出一個差分式二階LC濾波器。當非重疊時間結束時，二極管偏置從正向變?yōu)榉聪?。例如，整個LC濾波器(包括揚聲器接線)的布局應盡可能地緊密，并且保持靠近放大器。這樣至少會處理一部分失真源，但不是全部。在精心設計的閉環(huán)D類放大器中，可以達到PSR 60 dB和THD %的高保真音質。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，除非當放大器靜噪或非靜噪時特別注意調制器狀態(tài)、輸出級時序和LC濾波器狀態(tài)。這個問題通常通過欠壓封鎖電路來處理，只有當電源電壓大于欠壓封鎖閾值時才允許輸出級工作。如果不經核查，這個電流會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損耗決定，而在低輸出功率情況下，功耗主要由開關損耗決定。如要求更高則需用四階濾波器，這時成本和匹配等問題都必須加以考慮。但此時晶體管的開關損耗會隨頻率上升而上升，無源器件小的高頻損耗、射頻的趨膚效應都會使整機效率下降。另外，整機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類功放的基本結構，可分為三個部分：圖51 D類功放的基本結構第一部分為調制器，最簡單的只需用一只運放構成比較器即可完成。工作時，靠輸入信號讓晶體管進入飽和狀態(tài)，晶體管相當于一個接通的開關，把電源與負載直接接通*理想晶體管因為沒有飽和壓降而不耗電，實際上晶體管總會有很小的飽和壓降而消耗部分電能。認為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類放大器在許多應用中具有顯著的優(yōu)勢，因為低功耗產生熱量較少，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。準確，應防止節(jié)點的虛脫和注意地端的連接。EDA技術經過了三個階段的發(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制，稱為PWM信號，即“脈寬調制”信號。由于受到脈寬調制數據流的作用，晶體輸出管將迅速地時而飽和導通工作，時而截止不工作。LCD平板顯示器的發(fā)展對電子器件提出了“低溫運行(cool running)”的需求，這是由于工作溫度的升高將影響顯示顏色對比度。因為D類放大器的晶體管只是作為開關使用的，用來控制流過負載的電流方向，所以輸出級的功耗極低。如果輸入波形其他邊沿很陡直，降低工作點后，對導通角影響很小，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載電阻凡(代替揚聲器)，輸入端接U，逐漸增大輸入電壓U，直到U的波形剛好不出現諧波失真(r1%)，此時對應的輸出電壓為最大輸出電壓。2 音響的基礎知識 聲音的基本特性音量:它與聲波的物理量“振幅”有關，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，隨著脈沖調制放大電路的技術瓶頸被逐漸解決，數字放大器的優(yōu)點日漸突顯，新品不斷推出，也越來越受到人們的關注了。而作為音響系統(tǒng)最后環(huán)節(jié)的功率放大器和揚聲器卻長期在數字化的大門外徘徊。工作在開關狀態(tài)下的D類功率放大器卻很容易實現，大功率，高效率，低失真。功率器件的耗散功率小，產生熱量少，可以大大減小散熱器的尺寸，連續(xù)輸出功率很容易達到數百瓦。 音響的結構及參數前置放大器和功率放大器，前置放大器承擔控制任務為主，對各種節(jié)目源信號進行選擇和處理，進行各種音質控制，以美化音色。測量條件如下:調節(jié)音量控制器使輸出電壓約為最大輸出電壓的50%輸入端接音調控制器，使信號發(fā)生器的輸出頻率f從20Hz20KHz(保持U=20mV不變)測出負載電阻上對應的輸出電壓U。因此，它不能直接輸入模擬音頻信號，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)置偏點在截止點之下，當信號輸入時只有超過偏置點部分管子才導通(導通角小于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。事實上由于關斷時器件尚有微小漏電流，而導通時，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100%，實際在8090%,是實用放大器中效率最高的。D類放大器對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用。根據市場需要，一些制造商改進了D類放大技術，使D類放大器具有更理想價格的同時，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狀態(tài)，作為放大音頻正弦信號，還需模/數轉換電路，將音頻模擬信號先變?yōu)槊}沖方波，從而進行放大。D類功放使用的開關管采用功率型MOSFET，即大功率場效應管，并為保證足夠的激勵電壓而設有驅動電路，使FET能充分的開啟和關斷。它不僅為電子技術設計人員提供了“自頂向下”的設計理念，同時也為教學提供了一個極為便捷的、科學的實驗教學平臺。YN元件參數調整仿真測試確定研究課題仿真建模設定測試點及要求選定測試儀器仿真測試數據綜合分析結果 圖4－4 EDA仿真分析流程圖 D放大器原理仿真概述根據上面的研究，D類音頻功率放大器主要有三角波發(fā)生器、電壓比較器、場效應管驅動電