【正文】 輸出的對稱三角波幅度為 1 V。若選定 R10 為 100 kΩ ， 并忽略比較器高電平時 R11 上的壓降，則 R9 的求解過程如下： ??????? KRR 99 （ 43） 所以取 9R 為 39K? 。 選定工作頻率為 f=150kHz，并設(shè)定 ??? kRR 2067 ，則電容 3C 的計算過程如下： 對電容的恒流充電或放電電流為： 7667 RRRRI ???? ? （ 44） 則電容兩端的最大電壓值為： 110 67444 )( TRRCId tcV Tc ? ??? （ 45） 圖 45 三角波形圖 19 其中 1T 為半周期， 1T = fT 212? 。 4cV 的最大值為 2V ，則fRRC 21)( 674 ?? （ 46） pFfRRC )( 33674 ???????? （ 47） 取 4C =220Pf，取 7R =10k? ，取 6R 為 20K? 的可變電位器。使電路的震蕩頻率 f 在 150KHZ 左右可調(diào)。通過 1211 RR 和 使產(chǎn)生的三角波，在以 上下 1V 震蕩。 （ 2）比較器電路 選用 LM311 精密、 高速比較器，電路如圖 46 所示，因供電為 5V 單電源，為給 V+=V提供 的靜態(tài)電位，取 R12=R15， R13=R14， 4 個電阻均取 10 kΩ 。由于三角波 PPV_ =2V，所以要求音頻信號的 PPV_ 不能大于2V 否則會使功放產(chǎn)生失真。 前置放大電路 設(shè)置前置放大器，可使整個功放的增益從 1～ 20 連續(xù)可調(diào)，而且也保證了比較器的比較精度。當(dāng)功放輸出的最大不失真功率為 1W 時，其 8Ω 上圖 46 比較器電路 20 的電壓 PPV_ =8V，此時送給比較器音頻信號的 PPV_ 值應(yīng)為 2V，則功放的最大增益約為 4（實際上，功放的最大不失真功率要略大于 1W，其電壓增益要略大于 4）， 因此必須對輸入的音頻信號進行前置放大，其增益應(yīng)大于 5。前放仍采用寬頻帶、低漂移、 滿幅運放 TLC4502，組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器。選擇同相放大器的目的是容易實現(xiàn)輸入電阻 iR ≥ 10kΩ 的要求，同時 采用滿幅運放可在降低電源 電壓時仍能正常放大。 取 V+=Vcc/2=，要求輸入電阻 iR 大于 10kΩ， 故取 R1=R2=51kΩ， 則 iR =51/2= ，反饋電阻采用電位器 R4，取 R4=20kΩ ，反相端電阻 R3 取 ，則前置放大器的最大增益 Av 為： 34 ????? RRA V (48) 調(diào)整 4R 使其增益約為 8，則整個功放的電壓增益從 0~32 可調(diào)。 考慮到前置放大器的最大不失真輸出電壓的幅值 VVom ? ,取 omV =2V，則要求輸入的音頻信號最大幅度 imV mVAV Vom 2 5 082 ??? 。如果超過250mV，則輸出會產(chǎn)生 波削失真。電路圖如下圖 47 所示 ： 圖 47 前置放大電路 21 短路保護電路 過流采樣電阻取 與 8Ω 負(fù)載進行串聯(lián)，該電路中前級放大電路的增益為： vA =23RR=11820≈ 75 經(jīng)放大后的信號在經(jīng)過由 D C R5 構(gòu)成的峰值檢測電路，輸出直流電平，送給由 D R7 和比較器 LM311 構(gòu)成的遲滯比較器進行比較，一旦過載就立即鎖定。由 D D R C2 構(gòu)成開機延遲電路，防止開機瞬間比較器進入自鎖狀態(tài)。電路圖如下圖 48 所示 ： 驅(qū)動電路 經(jīng)前面脈寬調(diào)制得到的 PWM 信號不能直接驅(qū)動功率開關(guān)器件，需加強PWM 信號的驅(qū)動能力，首先 ， 讓 PWM 信號通過施密特觸發(fā)器芯片 74HC14進行波形整形，然后把兩路脈沖信號分別輸入到由晶體三極管組成的互補對稱式射級跟隨器，增強信號的驅(qū)動電流，使之能夠有效、快速地驅(qū)動功率開關(guān)管。 圖 48 短路保護電路 22 H 型互補對稱輸出電路 對 VMOSFET 的要求是導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快，開啟電壓小。因輸出功率稍大于 1W，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(qū)動的對管 ， IRF9540 和 IRF540 VMOS 對管的參數(shù)能夠滿足上述要求， 故采用之?；パa PWM 開關(guān)驅(qū)動信號交替開啟 Q5 和 Q8或 Q6 和 Q7，分別經(jīng)兩個 4 階 Butterworth 濾波器濾波后推動喇叭工作。 信號變換電路 由于 功放輸出具有很強的帶負(fù)載能力，故對變換電路輸入阻抗要求不高，所以可選用較簡單的單運放組成的差動式減法電路來實現(xiàn)。 功率測量及顯示電路 功率測量及顯示電路 由有效值轉(zhuǎn)換電路和單片機系統(tǒng)組成。有效值轉(zhuǎn)換器選用高精度的 AD637， 單片機系統(tǒng)主要 有 89C51 單片機、 A∕ D 轉(zhuǎn)換器 AD574 和鍵盤顯示接口電路等組成 。 23 （四） 部分電路的 仿真 電路 前置放大器的仿真電路 圖 49 前置放大器仿真電路 24 比較器的仿真電路 五、系統(tǒng)仿真數(shù)據(jù) （ 1） 最大不失真輸出功率 仿真 數(shù)據(jù)如下表 1 所示： F 20Hz 100Hz 300Hz 10kHz 20kHz 25kHz VV PP /? WP /max （ 2）效率的測量 仿真 數(shù)據(jù)如下表 2 所示： 圖 410 比較器仿真電路 表 1 功率測量 25 OP 200mW 500mW 1000mW PPV? CCI 68mA 147mA 278mA ? 59﹪ 68﹪ 72﹪ 六 、 結(jié)論 本設(shè)計的難點主要是在 PWM 脈寬調(diào)制模塊和 H 橋互補對稱輸出模塊，在脈寬調(diào)制模塊需要首先熟悉 TLC4502 和 LM311 芯片的使用方法，以防在使用時電路接錯。 通過本次設(shè)計是自己在各個方面得到了提高，通過本次設(shè)計 對自己的提高有：（ 1）對各類放大器的工作原理更加熟悉。（ 2）對 D類放大器的實現(xiàn)方式有了更高層次的掌握。（ 3）提高了自己的 動手能力 ，使自己更加明白了一個道理，細(xì)節(jié)決定成敗，鍛煉了自己做事的態(tài)度。 表 2 效率測量 26 參 考 文 獻 [1] 王一群 .實用 音頻功放制作 [M].福建 :福建科技出版社 , [2] 魯四惠 .D 類音頻功率放大器 [J].實用影音技術(shù) ,2021,(9):5153 [3] 康華光 .電子技術(shù)基礎(chǔ) (模擬部分 )[M].北京 :高等教育出版社 , [4] 鐘清華 ,鐘國新 ,李子升 ,吳錦銘 .D類音頻功率放大器的全橋 PWM改進方案與實現(xiàn) [J].電聲技術(shù) ,2021,(7):3336 [5] 程佩青 .數(shù)字信號處理教程 [M].北京 :清華大學(xué)出版社 , [6] 毛大平 .淺談功率放大器的基本技術(shù)指標(biāo) [J] .現(xiàn)代電影技術(shù)應(yīng)用技術(shù)研究 ,2021,(6):3540 [7] 洪志良 .模擬集成電路分析與設(shè)計 [M].北京 :科學(xué)出版社 , [8] 李金平 .電子系統(tǒng)設(shè)計 [M].北京 :電子 工業(yè)出版社 , [9] 黃令華 ,王新安 ,劉偉 .前置運算放大器的噪聲分析與設(shè)計 [J].中國集成電路 ,2021,(5):5660 [10]牟小令 .高效率音頻功率放大器 [N].西南大學(xué)學(xué)報 , 2021 年 1 月 25 日 27 致 謝 本設(shè)計在 彭會萍 老師的悉心指導(dǎo)和嚴(yán)格要求下已完成 ，從課題選擇、方案論證到具體設(shè)計和調(diào)試，無不凝聚著 彭 老師的心血和汗水，在四年的本科學(xué)習(xí)和生活期間，也始終感受著導(dǎo)師的精心指導(dǎo)和無私的關(guān)懷，我受益匪淺。在此向 彭會萍 老師表示深深的感謝和崇高的敬意。 不積跬步何以至千里，本設(shè)計能夠順利的完成，也歸功于各位任課老師的認(rèn)真負(fù)責(zé)，使我能夠很好的掌握和運用專業(yè)知識，并在設(shè)計中得以體現(xiàn)。正是有了他們的悉心幫助和支持，才使我的畢業(yè)論文工作順利完成，在此向 蘭州商學(xué)院 、 信息工程學(xué)院 的全體老師表示由衷的謝意。感謝他們四年來的辛勤栽培。