【正文】 (b) 單極性PWM圖527 不同阻抗幅頻特性曲線⑤． 總結(jié)數(shù)字功放H 橋式輸出電路的兩類PWM可分為雙極性與單極性；單極性PWM具有高頻噪聲低，電磁干擾小，4Ω以上阻抗幅頻特性平直，10kHz～20kHz 輸出電壓抬升小等優(yōu)點，所反映出的負載阻抗變化敏感性小，特別適合負載變化較大的應用場合，如公共廣播定壓輸出功放；在較低負載阻抗時，采用雙極性PWM 可以得到更大范圍的頻率響應。⑥． H橋互補對稱輸出電路對VMOSFET的要求是導通電阻小，開關速度快，開啟電壓小。 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(qū)動的對管，IRFDl20和IRFD9120 VMOS對管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實際電路如圖528所示。 互補PWM開關驅(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。圖528 H橋互補對稱輸出電路 低通濾波1．濾波器的選擇方案一：采用兩個相同的二階Butterworth低通濾波器。 缺點是負載上的高頻載波電壓得不到充分衰減。方案二：采用兩個相同的四階Butterworth低通濾波器，在保證20kHz頻帶的前提下使負載上的高額載波電壓進一步得到衰減。2． 低通濾波采用開關放大技術(shù)的數(shù)字功放工作原理與模擬功放完全不同，其開關功率級輸出的高頻PWM信號中包含有音頻信號。PWM 頻率為幾百kHz，比音頻信號帶寬20~20kHz 大得多，為了從PWM 開關信號中恢復出音頻信號，通常采用低通濾波器（LPF），低通濾波器頻率特性如圖529所示。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。從圖中可以看出，PWM 經(jīng)過低通濾波器后高頻分量大大減小，音頻信號得到恢復，但總會殘留部分高頻開關成分。 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(jù)組成低通濾波器的元件與結(jié)構(gòu)不同，低通濾波效果與應用方面不盡相同。圖532所示為數(shù)字功放中低通濾波器可能出現(xiàn)的位置及作用。低通濾波器按照組成元件通常可分為LC、RC型，RC又可分為無源與有源型，低通濾波器的比較如表52所示圖532 數(shù)字功放中低通濾波器位置及作用 表52 低通濾波器的比較以二階LC低通濾波器為例，其拉普拉斯變換為：在LC 低通濾波器中，負載電阻R是影響Q值的一個變量，負載電阻的變化將影響頻率響應曲線，圖533所示為負載電阻為4 歐姆所設計的LC 參數(shù)，頻響曲線平坦，對于8 歐姆與2 歐姆負載，在20kHz 處的幅度分別有2db 的抬升與4dB 的下降。圖533 不同負載時LC 低通濾波器頻率響應6 MAX9703/MAX9704單聲道/立體聲D類音頻功率放大器 概述MAX9703/MAX9704單聲道/立體聲D類音頻功率放大器，以D類效率提供AB類放大器的性能，節(jié)省電路板空間，而且無需使用大型的散熱裝置。這兩款器件采用了D類結(jié)構(gòu)，提供15W功率時效率高達78%。受專利保護的調(diào)制與開關方案可以省去傳統(tǒng)D類放大器的輸出濾波器。MAX9703/MAX9704提供兩種調(diào)制方案：固定頻率模式(FFM)與擴頻模式(SSM)，SSM模式降低了調(diào)制頻率產(chǎn)生的EMI輻射。本器件采用全差分結(jié)構(gòu)、全橋輸出，并具有全面的雜音抑制。MAX9703/MAX9704具有80dB的高PSRR，%的低THD+N，以及超過95dB的SNR。短路與熱過載保護可防止器件在故障條件下?lián)p壞。MAX9703 提供32 引腳TQFN(5mm x 5mm x )封裝，MAX9704采用32引腳TQFN(7mm x 7mm x )封裝。兩款器件都工作在40176。C至+85176。C擴展級溫度范圍內(nèi)。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詳細說明MAX9703/MAX9704無需濾波的D類音頻功率放大器對開關模式放大技術(shù)作了一些重要改進。MAX9703是單聲道放大器，MAX9704是立體聲放大器。這些器件以D類效率提供AB類放大器的性能，占用最小的電路板空間。獨特的無濾波調(diào)制方案以及擴頻切換模式構(gòu)成了一個緊湊、靈活、低噪聲、高效率的音頻功率放大器。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。該器件也可以配置為單端輸入放大器。比較器監(jiān)視器件輸入，并將互補輸入電壓與三角波進行比較。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(zhuǎn)。 工作效率D類放大器的效率取決于輸出級晶體管的工作時間。在D類放大器中，輸出晶體管用作電流調(diào)整開關，消耗的額外功率可以忽略不計。所有與D類輸出級相關的功耗主要是由MOSFET導通電阻與消耗靜態(tài)電流產(chǎn)生的I2R損耗決定。理論上線性放大器的最佳效率為78%，不過該效率僅出現(xiàn)在輸出功率的峰值處。標準工作電平(典型的音頻信號重建電平)下，效率會下降到30%以下，但在相同條件下，MAX9704仍可保持78%以上的效率(圖61)。 圖61 MAX9704 效率與AB 類效率的對比 應用信息1. 無濾波工作傳統(tǒng)的D類放大器需要輸出濾波器，從放大器的PWM輸出恢復音頻信號。濾波器增加了成本，也增大了放大器的尺寸，并會降低效率。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。濾波元件的任何寄生電阻都會導致功率損耗、降低效率。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。由于省去了輸出濾波器，可以獲得更小、更便宜、效率更高的方案。由于MAX9703/MAX9704的輸出頻率遠遠超出了大多數(shù)揚聲器的帶寬，由方波頻率引起的音頻線圈的偏移非常小。盡管這種偏移很小，若揚聲器未經(jīng)專門設計，能夠處理額外功率的話，還是可能被損壞。為獲得最佳效果，可以用一個等效串聯(lián)電感大于30181。H的揚聲器。典型的8?揚聲器等效串聯(lián)電感在30181。H至100181。H范圍內(nèi)。揚聲器電感大于60181。H時可以獲得最佳效率。2. 內(nèi)部穩(wěn)壓器輸出(VREG)MAX9703/MAX9704內(nèi)部提供一個6V穩(wěn)壓輸出(VREG)。MAX9703/MAX9704的REG輸出為MAX9703/MAX9704的邏輯控制引腳(G_, FS_)提供邏輯高電平電壓，從而簡化了系統(tǒng)設計，并降低了系統(tǒng)成本。關斷時，VREG不能提供邏輯高電平電壓。不要用VREG作為系統(tǒng)周圍元件的6V電源。、。3. 輸出失調(diào)與AB類放大器不同的是，D類放大器在加上負載后其輸出失調(diào)電壓不會明顯增大靜態(tài)電流。這是D類放大器功率轉(zhuǎn)換的結(jié)果。例如，在AB類器件中，8mV的直流失調(diào)電壓通過8?負載會額外消耗1mA的電流。而對D類器件來說，8mV的直流失調(diào)電壓通過8?負載時僅消耗8181。W的額外功率。正是由于D類放大器的高效率，器件吸取的額外靜態(tài)電流僅為：8181。W/(VDD/100 x η)，只有幾個微安。4. 增益選擇MAX9703/MAX9704可由內(nèi)部設置邏輯編程增益，通過GG2邏輯輸入設置MAX9703/MAX9704揚聲器放大器的增益(表61)。表61 增益設置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，也不是匹配得很好，會帶來畸變。 （2）晶體管在接通和關閉的過程中，接地點的電位會出現(xiàn)波動，從而增大噪音。（3）功率輸出電路是用兩只功率晶體管接成的橋路，一只功率晶體管導通，另外一只關閉，這之間存在死區(qū)。 （4）功率輸出電路和揚聲器之間用一只輸出低通濾波器把音頻以外的成分濾除，讓音頻信號進入揚聲器，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因素。 D類功放的最新發(fā)展——T類功率放大器針對D類功率放大器的缺陷，美國Tripath公司發(fā)明了一種稱作“Digital Power ProcessingTM（DPPTM）”的數(shù)字功率處理技術(shù)，它是T類功放的核心。T類功率放大器的功率輸出電路和脈寬調(diào)制D類功放相同，功率晶體管也是工作在開關狀態(tài)，功率和D類功放相當。它和D類功放不同的是，它不是使用脈寬調(diào)制的方法。它把通信技術(shù)中處理小信號的適應算法及預測算法用到這里。輸入的音頻信號和進入揚聲器的電流經(jīng)過DPPTM數(shù)字處理用于控制功率晶體管的導通關閉，因而不存在脈寬調(diào)制D類功放的那些缺陷。此外，T類功放的動態(tài)范圍更寬，頻率響應平坦，群延遲小。DDPTM的出現(xiàn)，把數(shù)字時代的功率放大器推到一個新的高度。 在T類功率放大器中，功率晶體管的切換頻率不是固定的（在D類功率放大器中是固定的），無用分量的功率譜不是像D類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，它的波形和擴譜技術(shù)的波形相似，因此，功率密度并不高，從而降低了對輸出低通濾波器的要求，同時它產(chǎn)生的EMI也不像D類功率放大器那么嚴重。據(jù)有關媒體報道，國內(nèi)的夏新電子已開始生產(chǎn)T類功率放大器，并已有產(chǎn)品面市。相信隨著數(shù)字技術(shù)的進一步發(fā)展，數(shù)字功率放大器會給我們帶來全新的視聽享受。結(jié)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(jù)“統(tǒng)治”地位，其發(fā)展經(jīng)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。其基本類型是模擬音頻功率放大器，它的最大缺點是效率太低。全球音視頻領域數(shù)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(shù)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(shù)字化設備相連接的特點。D類音頻功率放大器是PWM型功率放大器，它符合上述要求。近幾年來，國際上加緊了對D類音頻功率放大器的研究與開發(fā)，并取得了一定的進展，幾家著名的研究機構(gòu)及公司已經(jīng)試驗性地向市場提供了D類音頻功率放大器評估模塊及技術(shù)。這一技術(shù)一經(jīng)問世立即顯示出其高效、節(jié)能、數(shù)字化的顯著特點，引起了科研、教學、電子工業(yè)、商業(yè)界的特別關注，現(xiàn)在這一前沿的技術(shù)正迅猛發(fā)展，前景一片光明。本設計詳細討論D類功放的工作原理、優(yōu)越性以及其局限性，對于本系統(tǒng)設計，有些指標還有待于進一步提高。例如，在功放效率、最大不失真輸出功率等方面還有較大的潛力可挖，這些都有待于我們通過對電路的改進和對元器件的最佳選擇進一步完善。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(jīng)驗教訓。正是這些經(jīng)驗教訓使我們對D類放大器的工作原理有了更深刻的理解，對功放的設計有了更深刻的認識，對集成電路的設計有了更深刻的理解和認識。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設計已經(jīng)接近尾聲，作為一個大學生的畢業(yè)設計，由于經(jīng)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。 在這里首先要感謝我們的指導老師XXX。X老師平日里工作繁多，但在我們做畢業(yè)設計的每個階段，從外出實習到查閱資料，設計草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細設計，裝配草圖等整個過程中都給予了我們悉心的指導。我們的設計較為復雜煩瑣，但是X老師仍然細心地糾正圖紙中的錯誤。除了敬佩X老師的專業(yè)水平外，他的治學嚴謹和科學研究的精神也是我們永遠學習的榜樣，并將積極影響我們今后的學習和工作。 其次要感謝一起做畢業(yè)設計的同學，他們在本次設計中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設計，并承擔了大部分的工作量。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。然后還要感謝大學幾年來所有的老師，為我們打下電子專業(yè)知識的基礎；同時還要感謝所有的同學們，正是因為有了你們的支持和鼓勵。此次畢業(yè)設計才會順利完成。最后感謝我們的母?！猉XXXX職業(yè)技術(shù)學院幾年來對我們的大力栽培。參考文獻1. ：北京理工大學出版社，50