【文章內(nèi)容簡介】 信號時的工作電流,所形成的直流功耗損失。無信號輸入時,電流越大，效率越低。因此要提高效率則降低工作點，使無信號輸入時，無直流損耗。但是由此帶來的結(jié)果是使信號導(dǎo)通角變得越來越小，波形失真就越來越大，輸出信號的諧波就增加了，這樣就形成了兩個矛盾。如果輸入波形的其邊緣很陡峭，降低工作點之后就對導(dǎo)通角影響很小，那么失真變化就很小，而且效率也提升了，使波形邊緣陡峭最惡劣的狀態(tài)時使輸入波形完全變成矩形波，這種波形無論偏置如何變化，由于前后沿是垂直上升和下降的，導(dǎo)通狀態(tài)不會變化，這樣就形成了工作和脈沖放大狀態(tài)的D類功率放大器。D類功放工作在開關(guān)狀態(tài)，無信號時無電流，而導(dǎo)電時沒有電流損耗，事實上由于關(guān)斷時電器還有微量電流,而導(dǎo)通時電路沒有完全短路，也就是有管子壓降，故還存在少量的管子壓降，正是由于此原因其效率才沒能到達100%，實際上其效率大約80%90%之間，是實用放大器中效率最高。正是由于其效率高，100W的輸出設(shè)備大約損耗在十幾瓦，因此其散熱片就減小了許多，使電路板的體積表小。并且由于工作音頻高十倍的脈沖狀態(tài)， 電流整流紋波對電路工作影響很小。D類功放和線性功放相比，在工效上有很到的優(yōu)勢。對于線性功放來說，偏置原件和輸出晶體管的線性工作方式會損耗相當大的功率。而D類功放的晶體管只工作在開光狀態(tài)，用來控制電流流過負載的電流方向。所以輸出級的功耗低。D類功放的主要損耗在晶體管的導(dǎo)通阻抗、開關(guān)損耗和靜態(tài)電流開銷。放大器的損耗主要以熱量的形式散耗。因此D類功放對散熱片的要求大大減低，做的好的D類功放可以完全省去散熱片，因此非常適合那些功率大，空間小的電器使用。今年來，主要受到以下兩個因素的影響，使D類功放在很多應(yīng)用領(lǐng)域引起了人們的廣泛關(guān)注。首先，市場的需求。D類功放的某些特點推動了手機、平板電腦等終端設(shè)備市場的迅速發(fā)展。對于手機來說，揚聲器和PTT模式需要D類功放的高效率，以此來延長電池的壽命。LCD平板顯示器的發(fā)展對電子器件提出了“低溫運行”的需求，這是因為工作溫度的升高將影響顯示顏色的對比度。而D類功放的高效率意味著驅(qū)動電子設(shè)備時功耗更低，使LCD平板在工作時發(fā)熱量更低，圖像顯示效果更好。影響D類功放發(fā)展的第二個因素便是自身技術(shù)的發(fā)展，由于現(xiàn)代技術(shù)的不斷發(fā)展，根據(jù)市場需求，制造商們也在對D類功放進行改進，使得D類功放在有了更合理的價格的同時，也具備了和AB類功放相近的音頻質(zhì)量。除此之外現(xiàn)在很多D類功放輸出調(diào)制方案還可以降低實際應(yīng)用的EMI。 D類功放的原理 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 module）音頻數(shù)據(jù)流通過專門的等比特數(shù)據(jù)處理器（EquibitDSP）變換成脈寬調(diào)制(PWM, pulse width modulation)的數(shù)據(jù)流，采用脈寬調(diào)制后，音頻信號變成了一系列的用“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。將這些脈寬調(diào)制的數(shù)據(jù)流去推動功率放大器的常規(guī)晶體輸出管。由于受到脈寬數(shù)據(jù)流的作用，晶體輸出管將迅速地時而飽和導(dǎo)通，時而截止斷開。晶體管導(dǎo)通工作越長，信號幅值越大，于是晶體輸出管為揚聲器提供的電流也是有時無。音頻信息就包含在這些接通和斷開的周期過程中。脈沖信號再由晶體管放大后，便有LC低通濾波器進行平滑處理，從而恢復(fù)為原來的音樂聲波。D類功放的電路工作方式為開光狀態(tài)，作為放大音頻正弦信號，還需要模\數(shù)轉(zhuǎn)換電路，即將模擬的音頻信號轉(zhuǎn)換脈沖方波信號，從而進行放大，； D類功放的原理方塊圖 ，兩個放大器反向相接，實際上是構(gòu)成了推挽狀態(tài)，起到開關(guān)作用其控制與電源串聯(lián)的負載回路，低通濾波器LPF可以濾去脈沖波的高頻部分，得到基波成分，所以實際上成為數(shù)\模轉(zhuǎn)換電路。重新將脈沖波轉(zhuǎn)換成正弦波。從電路看，當兩支形狀短路阻抗為0，開路阻抗為無窮大時，電路效率為100%。因為揚聲器為感性負載，對于高電感的揚聲器如中頻揚聲器，D類功放可以不經(jīng)過低通濾波器，直接和揚聲器相連。那么如何將音頻信號調(diào)制稱為脈沖信號呢。 將正弦波變成脈沖波的原理由圖可知讓脈沖信號的寬度受到正弦信號的調(diào)制，稱之為PWM信號，即“脈寬調(diào)制”信號。在此沒用應(yīng)用一般的概念的A/D變換電路，而是用一個幅度與放大的正弦信號近似的三角波，共同作為變換器的輸入，相當于反向比較器，當三角波幅度大于正弦波部分，變換電路輸出“1”，而當三角波幅度小于正弦波幅度處，變換電路輸出“0”，這樣即將輸入的正弦波信號變換成寬度隨正弦信號波幅變換的PWM波。D類功放使用的開關(guān)管采用功率型MOSFET，即大功率場效應(yīng)管，并為保證足夠的激勵電壓而設(shè)有驅(qū)動電路，使FET能夠充分的開啟和關(guān)斷。，當放大單一頻率的正弦波時，其頻譜中出去除低頻段存在與輸入信號同頻率的基波成分外，還存在各次諧波的頻譜。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)換電路十分簡化。 PWM波的頻譜 D類功放的優(yōu)點在傳統(tǒng)的D類功放中，輸出級包括提供瞬時連續(xù)輸出電流的晶體管。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、B類放大器、AB類放大器，與D類放大器相比較，即使是最有線性的輸出級，它們的輸出級功耗也很大。這種差別使得D類功放在許多應(yīng)用領(lǐng)域有著非常顯著的優(yōu)勢，因為其功耗低而產(chǎn)生的熱量少，節(jié)約了電路板的面積，由此帶來的結(jié)果是節(jié)省了成本。并且能延長便攜帶式電池的使用時間。和模擬功率相比較，D類功率放大器具有以下明顯優(yōu)勢：（1）直接接收CD等數(shù)字音源輸出的同軸或光纖數(shù)字音頻信號，直接以數(shù)字信號進行放大，體現(xiàn)了數(shù)字音源的完美結(jié)合。（2）高、中、低頻無相對相移，聲音清晰透明，聲像定位準確，由于使用了無負反饋的放大電路，數(shù)字濾波器等處理技術(shù)，可以使輸出濾波器的截止頻率設(shè)置得較高，從而保證在20HZ20KHZ內(nèi)得到平坦的幅頻特性和很好的相頻特性。（3）瞬態(tài)響應(yīng)好，即“動態(tài)響應(yīng)”好。由于它不需要傳統(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備，再加上無模擬放大，無負反饋的制約，因此具有更好的“動力”特征。（4）無過零失真。傳統(tǒng)功放都存在由于對管配對以及各級調(diào)整匹配不加而產(chǎn)生的過零、交越失真。（5）能量裝換效率高，體積小，可靠性高。好點量僅為同功率級別的放大器的三分之一。在電源使用率上高達90%以上，節(jié)約能源，也就符合了現(xiàn)代世界都在提倡的節(jié)能。（6）適應(yīng)于打批量生產(chǎn)。產(chǎn)品性能好，生產(chǎn)中無需特性瑣的調(diào)節(jié)過程，只要保證原件安裝正確就行。 STC12C5410AD單片機簡介高可靠性、功能強、高速度、低功耗和低價位一直是衡量單片機性能的重要指標也是單片機占領(lǐng)市場、賴以生存的必要條件?；仡檰纹瑱C發(fā)展史我們看到早期單片機主要由于工藝及設(shè)計水平不高、功耗高和抗干擾性能差等原因所以采取穩(wěn)妥方案即采用較高的分頻系數(shù)對時鐘分頻使得指令周期長執(zhí)行速度慢。以后的CMOS單片機雖然采用提高時鐘頻率和縮小分頻系數(shù)等措施但這種狀態(tài)并未徹底改觀。 STC12C5410AD單片機是深圳宏晶科技有限公司的典型單片機產(chǎn)品，采用了增強型8051內(nèi)核，片內(nèi)集成：10KBFlash程序存儲器、2KB數(shù)據(jù)Flash（EEPROM）、512BRAM、兩個16位定時/計數(shù)器、最多27根I/O口線、全雙工異步串行口（UART）、高速同步通信端口（SPI）、8通道10位。STC12C5410AD具有在系統(tǒng)可編程功能，可以省去價格較高的專門編程器，開發(fā)環(huán)境的搭建非常容易。STC12C5410AD單片機是高速、低功耗的新一代增強型8051單片機，STC12系列單片機是美國STC公司在8051單片機標準的內(nèi)核結(jié)構(gòu)上進行了較大改進推出的一款增強型8051單片機。STC12單片機從內(nèi)核到指令，完全兼容8051的單片機；C代表工作電壓在5．5～3．8V；12代表CPU同樣的工作頻率時，速度是8051的12倍；54代表RAM是512B，PCA／PW M是4路；10代表程序存儲空間大小10 KB。AD表示有A／D轉(zhuǎn)換功能，共計有8個ADC口，分別是P1．0～P1．7。可以通過編程設(shè)定其中任意一路為A／D轉(zhuǎn)換口(需要將選中的I／O口設(shè)定為開漏和高阻模式)和設(shè)定轉(zhuǎn)換速率，最快轉(zhuǎn)換速率為210個時鐘周期／次(最快速度可達200kHz)，另外3種選擇為420個時鐘周期／次，630個時鐘周期／次，840個時鐘周期／次。I／O口共計23個接口，分別是P1口8個、P2口8個、P3口7個；有內(nèi)置復(fù)位電路，可以通過軟設(shè)計進行復(fù)位。3 基于單片機D類功率放大器系統(tǒng)總體設(shè)計 系統(tǒng)總體設(shè)計方案單片機D類功放由于其效率高易與數(shù)字音源對接等優(yōu)點而在現(xiàn)實生活中具有越來越廣泛的應(yīng)用。低通濾波器音頻輸入PWM單片機音箱功率放大前置放大AD轉(zhuǎn)換l 、線性度好、