【正文】 也需如此轉(zhuǎn)換，但對(duì)于數(shù)字輸入的D類(lèi)放大器有效地集成了DAC功能。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。對(duì)于常見(jiàn)的揚(yáng)聲器阻抗以及標(biāo)準(zhǔn)的L值和C值，表51給出了標(biāo)稱(chēng)元器件值及其相應(yīng)的近似Butterworth響應(yīng)。在成本和EMI性能之間的一種好的折衷方法是通過(guò)屏蔽減小來(lái)自低成本鼓形磁芯的輻射。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(huì)沿電源線長(zhǎng)距離傳導(dǎo)。但是，可以使用一些板級(jí)的設(shè)計(jì)方法減少D類(lèi)放大器發(fā)射的EMI，而不管其基線譜如何。這樣可以改善PSR，但不會(huì)解決任何失真問(wèn)題。LC濾波器輸入的反饋會(huì)大大提高PSR并且衰減所有非LC濾波器失真源。用于避免沖擊最短的死區(qū)時(shí)間對(duì)于將失真減至最小經(jīng)常是最有利的。 音質(zhì)處理在D類(lèi)放大器中，要獲得好的總體音質(zhì)必須解決幾個(gè)問(wèn)題。 欠壓: 大多數(shù)開(kāi)關(guān)輸出級(jí)電路只有當(dāng)正電源電壓足夠高時(shí)才能正常工作。通過(guò)測(cè)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(qiáng)制不發(fā)出聲音。如果電容或頻率太高，這個(gè)“開(kāi)關(guān)損耗”就會(huì)過(guò)大，所以存在實(shí)際的上限。嚴(yán)格地講，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個(gè)功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類(lèi)功放與音箱的搭配小更有發(fā)燒友馳騁的天地。頻率過(guò)低達(dá)到同樣要求的THD標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)無(wú)源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。此時(shí)功放管的線性已沒(méi)有太大意義，更重要的是開(kāi)關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。一方面汽車(chē)用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無(wú)法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功故，兩者都希望有D類(lèi)這樣高效的放大器來(lái)放大音頻信號(hào)。D類(lèi)功放是放大力件處于開(kāi)關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。產(chǎn)品的一致性好，生產(chǎn)中無(wú)需調(diào)試，只要保證元器件正確安裝即可。 （4）無(wú)過(guò)零失真。實(shí)現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類(lèi)型包括A類(lèi)放大器，AB類(lèi)放大器和B類(lèi)放大器。圖4－4給出了電路建模EDA仿真分析時(shí)一般的步驟根據(jù)流程圖的步驟，重點(diǎn)應(yīng)該做好課題建模、儀器的連接、運(yùn)行仿真試驗(yàn)、分析結(jié)果等工作。f輸入信 號(hào)的頻率諧波頻譜圖43 PWM波的頻譜 D類(lèi)功放的EDA仿真 EDA仿真概述EDA（Electronic Design Automation ）是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)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。從電路看，當(dāng)兩支形狀短路阻抗為0，開(kāi)路阻抗為無(wú)窮大時(shí)，電路效率100%。采用脈寬調(diào)制后，音頻信號(hào)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(hào)的幅度就越大。D類(lèi)放大器的某些優(yōu)點(diǎn)推動(dòng)了手機(jī)和LCD平板顯示器這兩個(gè)終端設(shè)備市場(chǎng)的迅速發(fā)展。D類(lèi)放大器與線性音頻放大器（如A類(lèi)、B類(lèi)和AB類(lèi)）相比，在功效上有相當(dāng)?shù)膬?yōu)勢(shì)。為此，要提高效率則應(yīng)降低工作點(diǎn)，使無(wú)信號(hào)時(shí)，無(wú)直流損耗。圖31 A類(lèi)放大器2. B類(lèi)放大器圖32 B類(lèi)放大器靜態(tài)置偏為Q點(diǎn)，處于截止點(diǎn)上，因此信號(hào)輸入時(shí)，只有半周導(dǎo)通(導(dǎo)通角為90度) ，如圖32所示。測(cè)量:使輸入端對(duì)地短路，音量電位器為最大值，用示波器觀察輸出負(fù)載RL的電壓波形，用交流電壓表測(cè)量其有效值。 放大器的技術(shù)指標(biāo):音響放大器輸出失真度小于某一數(shù)值(r1%)的最大功率稱(chēng)為額定功率，表達(dá)式；P= U/R, U為負(fù)載兩端的最大不失真電壓，R為額定負(fù)載阻抗。而且有更高的保真度，這一點(diǎn)，在國(guó)外的SVD類(lèi)功率放大器中已經(jīng)開(kāi)始運(yùn)用，如:TEXAS公司的TPA2002D2。此外，模擬功率放大器還存在以下的缺點(diǎn):，成本高。其實(shí)早在20世紀(jì)60年代末期就有人著手?jǐn)?shù)字放大器的研究，為什么在這數(shù)十年以來(lái)的音響發(fā)展歷程，一直不見(jiàn)其產(chǎn)品面市？究其原因，是在數(shù)字音頻放大器的設(shè)計(jì)與制作過(guò)程中，最大的難題就是高速轉(zhuǎn)換控制系統(tǒng)。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(wèn)題，正因?yàn)檫@樣，人們?cè)僖淮伟涯抗馔断驍?shù)字功放。功率輸出受到限制。對(duì)于高電感的揚(yáng)聲器，在設(shè)計(jì)電路時(shí)，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(fèi)。有電壓放大，電流放大，要求是宏亮而不失真。使輸入為零時(shí)，輸出負(fù)載凡上的電壓稱(chēng)為噪聲電壓U。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(wú)交流輸入時(shí)，有約一半幅度(Q點(diǎn))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(lèi)功率放大僅用于很小功率的收音機(jī)，助聽(tīng)器中，也有用于高級(jí)的HiFi功放中。無(wú)信號(hào)時(shí)電流愈大則直流損耗大，效率低。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(duì)電路工作影響很小。首先，是市場(chǎng)需要。 4 D類(lèi)功放的原理及仿真 D類(lèi)功放的工作原理D類(lèi)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(guò)專(zhuān)門(mén)的等比特?cái)?shù)字處理器（EquibitDSP）變換為脈寬調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）的數(shù)據(jù)流。輸出A / DLPF 輸入D/ A圖41 D類(lèi)放大器的原理方塊圖圖42將正弦波變?yōu)槊}沖波的脈寬調(diào)制電路從圖41的結(jié)構(gòu)可知，兩個(gè)放大器反相連接，實(shí)際上構(gòu)成推挽狀態(tài)，起到開(kāi)關(guān)作用去控制與電源串聯(lián)的負(fù)載回路(RL)，低通濾波器LPF可以濾去脈沖波的高頻部分，得到基波成分，所以實(shí)際上成為數(shù)/模(D/A)轉(zhuǎn)換電路，重新將脈沖波還原成為正弦波。因此用LPF低通濾波器就可以濾去高頻諧波而得到正弦基波成分，因此，可使數(shù)模轉(zhuǎn)換電路非常簡(jiǎn)化。本課題研究時(shí)采用簡(jiǎn)單易用的EWB軟件，其操作簡(jiǎn)單、直觀，對(duì)計(jì)算機(jī)的要求低，特別適合初學(xué)者和在校的學(xué)生使用。 輸入信號(hào)抽樣――PWM波的形成仿真圖4－6 PWM波的形成仿真 輸出信號(hào)PWM波的頻譜仿真分析圖4－7 傅里葉分析的設(shè)置 D類(lèi)功放的優(yōu)點(diǎn)在傳統(tǒng)晶體管放大器中，輸出級(jí)包含提供瞬時(shí)連續(xù)輸出電流的晶體管。由于它不需傳統(tǒng)功放的靜態(tài)電流消耗，所有能量幾乎都是為音頻輸出而儲(chǔ)備，加之無(wú)模擬放大、無(wú)負(fù)反饋的牽制，故具有更好的“動(dòng)力”特征。 （6）適合于大批量生產(chǎn)。而且近年來(lái)數(shù)字音響技術(shù)的發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)D類(lèi)功放與數(shù)字音響有很多相通之處，進(jìn)一步顯示出D類(lèi)功放的發(fā)展優(yōu)勢(shì)。20世紀(jì)60年代，設(shè)計(jì)人員開(kāi)始研究D類(lèi)功故用于音頻的放大技術(shù)，70年代Bose公司就外始生產(chǎn)D類(lèi)汽車(chē)功放。這樣，比較器輸出的波形就是一個(gè)脈沖寬度被音頻信號(hào)幅度調(diào)制后的波形，稱(chēng)為PWM(Pulse Width Modulation脈寬調(diào)制)或PDM(Pulse Duration Modulation 脈沖持續(xù)時(shí)間調(diào)制)波形。圖52 模擬D類(lèi)功放工作原理 D類(lèi)功放設(shè)計(jì)考慮的角度與AB類(lèi)功放完全不同。要把20KHz以下的音頻調(diào)制成PWM信號(hào)，三角波的頻率至少要達(dá)到200KHz。該低通濾被器工作在大電流下，負(fù)載就是音箱。開(kāi)關(guān)電容柵極驅(qū)動(dòng)電路的功耗為CV2f，其中C是電容，V是充電期間的電壓變化，f是開(kāi)關(guān)頻率。除了簡(jiǎn)單的有關(guān)溫度是否已經(jīng)超過(guò)關(guān)斷閾值的二進(jìn)制指示以外，傳感器還可提供其它的溫度信息。有效的限流器還可在由于揚(yáng)聲器共振出現(xiàn)暫時(shí)的大瞬態(tài)電流時(shí)保持放大器安全工作。兩個(gè)晶體管都斷開(kāi)的時(shí)間間隔稱(chēng)為非重疊時(shí)間或死區(qū)時(shí)間。用于防止輸出級(jí)沖擊電流附加的死區(qū)時(shí)間會(huì)引入非線性時(shí)序誤差，它在揚(yáng)聲器產(chǎn)生的失真與相對(duì)于理想脈沖寬度的時(shí)序誤差成正比。使用具有高環(huán)路增益的反饋(正如在許多線性放大器設(shè)計(jì)中所采用的)幫助很大。有些產(chǎn)品用一個(gè)數(shù)字開(kāi)環(huán)調(diào)制器和一個(gè)模數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)檢測(cè)電源變化，并且用調(diào)整調(diào)制器進(jìn)行補(bǔ)償。D類(lèi)放大器調(diào)制方案決定傳導(dǎo)EMI和輻射EMI分量的基線譜。有時(shí)，插入與放大器電源串聯(lián)的RF厄流線圈很有幫助。具有環(huán)形電感器磁芯的LC濾波器可將放大器電流導(dǎo)致的雜散現(xiàn)場(chǎng)輸電線影響減至最小。如果對(duì)于高達(dá)20 kHz頻率，要求下降小于1 dB，則要求典型的濾波器具有40 kHz巴特沃斯(Butterworth)響應(yīng)(以達(dá)到最大平坦通帶)。由于該電阻串聯(lián)于半橋和揚(yáng)聲器之間，因而會(huì)消耗一些輸出功率。當(dāng)驅(qū)動(dòng)數(shù)字音頻源時(shí)，模擬線性放大器需要數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)將音頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)。 散熱注意事項(xiàng)D類(lèi)放大器相比AB類(lèi)放大器具有更高的效率和更好的熱性能。雖然音頻信號(hào)峰值略高于正弦波，但其RMS值大概只有正弦波的一半。如圖57所示，將D類(lèi)放大器貼裝到常見(jiàn)的PCB，最好根據(jù)以下原則：將裸露焊盤(pán)焊接到大面積敷銅塊。雖然IC的引腳并不是主要的散熱通道，但實(shí)際應(yīng)用中仍然會(huì)有少量發(fā)熱。IC的頂部并不是器件的主要散熱通道，因此在此安裝散熱片不劃算。如果8W的輸出功率能滿(mǎn)足要求，則可以考慮使用一個(gè)12揚(yáng)聲器和15V供電電壓。在大部分音頻帶寬內(nèi)，該揚(yáng)聲器的阻抗都會(huì)遠(yuǎn)大于其8的標(biāo)稱(chēng)值。三角波產(chǎn)生器及比較器分別采用通用集成電路，各部分的功能清晰，實(shí)現(xiàn)靈活，便于調(diào)試。V的最大值為2V，則2=(R7+R6)1/2fC4=(R7+R6)4f=100041501000≈取C4=220pF,R7=10KΩ,R6采用20KΩ可調(diào)電位器。前放仍采用寬頻帶、低漂移、滿(mǎn)幅運(yùn)放TLC4502，組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器。圖516驅(qū)動(dòng)電路 高速開(kāi)關(guān)電路 1． 方案論證與比較①．輸出方式方案一：選用推挽單端輸出方式(電路如圖517所示)。VMOSFET管具有較小的驅(qū)動(dòng)電流、低導(dǎo)通電阻及良好的開(kāi)關(guān)特性，故選用高速VMOSFET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)在50%占空比情況下為零，如果PWM 中包含音頻信息，PWM 占空比在0 與100%之間發(fā)生變化時(shí)，PWM1 與PWM2 的相位180，PWM1 與PWM2 形成的差動(dòng)信號(hào)則是低電平為VCC，高電平為零，或者低電平為零，高電平為VCC 的方波，如圖523所示。所示從中可以看出對(duì)于4Ω以上阻抗，采用單極性PWM可以得到更平直的幅頻特性，對(duì)于低阻抗驅(qū)動(dòng)，雙極性PWM更有優(yōu)勢(shì)。方案二：采用兩個(gè)相同的四階Butterworth低通濾波器，在保證20kHz頻帶的前提下使負(fù)載上的高額載波電壓進(jìn)一步得到衰減。圖533 不同負(fù)載時(shí)LC 低通濾波器頻率響應(yīng)6 MAX9703/MAX9704單聲道/立體聲D類(lèi)音頻功率放大器 概述MAX9703/MAX9704單聲道/立體聲D類(lèi)音頻功率放大器，以D類(lèi)效率提供AB類(lèi)放大器的性能，節(jié)省電路板空間，而且無(wú)需使用大型的散熱裝置。兩款器件都工作在40176。差分輸入結(jié)構(gòu)降低了共模噪聲的拾取，可以不加輸入耦合電容。標(biāo)準(zhǔn)工作電平(典型的音頻信號(hào)重建電平)下，效率會(huì)下降到30%以下，但在相同條件下，MAX9704仍可保持78%以上的效率(圖61)。盡管這種偏移很小，若揚(yáng)聲器未經(jīng)專(zhuān)門(mén)設(shè)計(jì)，能夠處理額外功率的話(huà)，還是可能被損壞。2. 內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出(VREG)MAX9703/MAX9704內(nèi)部提供一個(gè)6V穩(wěn)壓輸出(VREG)。而對(duì)D類(lèi)器件來(lái)說(shuō)，8mV的直流失調(diào)電壓通過(guò)8?負(fù)載時(shí)僅消耗8181。 （4）功率輸出電路和揚(yáng)聲器之間用一只輸出低通濾波器把音頻以外的成分濾除，讓音頻信號(hào)進(jìn)入揚(yáng)聲器，但不可能徹底濾除脈寬調(diào)制的載波，這也是造成失真的一個(gè)因素。 在T類(lèi)功率放大器中，功率晶體管的切換頻率不是固定的（在D類(lèi)功率放大器中是固定的），無(wú)用分量的功率譜不是像D類(lèi)功率放大器那樣是集中在載頻兩側(cè)狹窄的頻帶內(nèi)，而是散布在很寬的頻帶上，它的波形和擴(kuò)譜技術(shù)的波形相似，因此，功率密度并不高，從而降低了對(duì)輸出低通濾波器的要求，同時(shí)它產(chǎn)生的EMI也不像D類(lèi)功率放大器那么嚴(yán)重。這一技術(shù)一經(jīng)問(wèn)世立即顯示出其高效、節(jié)能、數(shù)字化的顯著特點(diǎn)，引起了科研、教學(xué)、電子工業(yè)、商業(yè)界的特別關(guān)注，現(xiàn)在這一前沿的技術(shù)正迅猛發(fā)展，前景一片光明。我們的設(shè)計(jì)較為復(fù)雜煩瑣，但是X老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯(cuò)