【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(diǎn)，所反映出的負(fù)載阻抗變化敏感性小，特別適合負(fù)載變化較大的應(yīng)用場(chǎng)合，如公共廣播定壓輸出功放；在較低負(fù)載阻抗時(shí)，采用雙極性PWM 可以得到更大范圍的頻率響應(yīng)。⑥． H橋互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路對(duì)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l w，屬小功率輸出，可選用功率相對(duì)較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動(dòng)的對(duì)管，IRFDl20和IRFD9120 VMOS對(duì)管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實(shí)際電路如圖528所示。 互補(bǔ)PWM開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)交替開啟Q5和Q8或Q6和Q7，分別經(jīng)兩個(gè)4階Butterworth濾波器濾波后推動(dòng)喇叭工作。圖528 H橋互補(bǔ)對(duì)稱輸出電路 低通濾波1．濾波器的選擇方案一：采用兩個(gè)相同的二階Butterworth低通濾波器。 缺點(diǎn)是負(fù)載上的高頻載波電壓得不到充分衰減。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。2． 低通濾波采用開關(guān)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(guān)功率級(jí)輸出的高頻PWM信號(hào)中包含有音頻信號(hào)。PWM 頻率為幾百kHz，比音頻信號(hào)帶寬20~20kHz 大得多，為了從PWM 開關(guān)信號(hào)中恢復(fù)出音頻信號(hào)，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(shí)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(hào)得到恢復(fù)，但總會(huì)殘留部分高頻開關(guān)成分。 圖530 PWM 濾波前后的時(shí)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(yīng)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L(zhǎng)C、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(fù)載電阻R是影響Q值的一個(gè)變量，負(fù)載電阻的變化將影響頻率響應(yīng)曲線，圖533所示為負(fù)載電阻為4 歐姆所設(shè)計(jì)的LC 參數(shù)，頻響曲線平坦，對(duì)于8 歐姆與2 歐姆負(fù)載，在20kHz 處的幅度分別有2db 的抬升與4dB 的下降。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(shí)效率高達(dá)78%。受專利保護(hù)的調(diào)制與開關(guān)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(kuò)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(hù)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(kuò)展級(jí)溫度范圍內(nèi)。MAX9703/MAX9704的應(yīng)用與：LCD TV 、LCD監(jiān)視器、臺(tái)式PC、LCD放映機(jī)、免提式車載電話適配器、汽車電子。 MAX9703/MAX9704詳細(xì)說明MAX9703/MAX9704無需濾波的D類音頻功率放大器對(duì)開關(guān)模式放大技術(shù)作了一些重要改進(jìn)。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(dú)特的無濾波調(diào)制方案以及擴(kuò)頻切換模式構(gòu)成了一個(gè)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(bǔ)輸入電壓與三角波進(jìn)行比較。當(dāng)三角波輸入幅度超出相應(yīng)的比較器輸入電壓時(shí)，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(jí)晶體管的工作時(shí)間。在D類放大器中，輸出晶體管用作電流調(diào)整開關(guān)，消耗的額外功率可以忽略不計(jì)。所有與D類輸出級(jí)相關(guān)的功耗主要是由MOSFET導(dǎo)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(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)。 圖61 MAX9704 效率與AB 類效率的對(duì)比 應(yīng)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(fù)音頻信號(hào)。濾波器增加了成本，也增大了放大器的尺寸，并會(huì)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(huì)導(dǎo)致功率損耗、降低效率。MAX9703/MAX9704不需要輸出濾波器，而是利用揚(yáng)聲器線圈自身的電感和揚(yáng)聲器與人耳的天然濾波作用，從方波輸出中恢復(fù)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(yuǎn)遠(yuǎn)超出了大多數(shù)揚(yáng)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(yáng)聲器未經(jīng)專門設(shè)計(jì)，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(gè)等效串聯(lián)電感大于30181。H的揚(yáng)聲器。典型的8?揚(yáng)聲器等效串聯(lián)電感在30181。H至100181。H范圍內(nèi)。揚(yáng)聲器電感大于60181。H時(shí)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(gè)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(jiǎn)化了系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并降低了系統(tǒng)成本。關(guān)斷時(shí)，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(fù)載后其輸出失調(diào)電壓不會(huì)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(fù)載會(huì)額外消耗1mA的電流。而對(duì)D類器件來說，8mV的直流失調(diào)電壓通過8?負(fù)載時(shí)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(gè)微安。4. 增益選擇MAX9703/MAX9704可由內(nèi)部設(shè)置邏輯編程增益，通過GG2邏輯輸入設(shè)置MAX9703/MAX9704揚(yáng)聲器放大器的增益(表61)。表61 增益設(shè)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(guān)，也不是匹配得很好，會(huì)帶來畸變。 （2）晶體管在接通和關(guān)閉的過程中，接地點(diǎn)的電位會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，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(dǎo)通，另外一只關(guān)閉，這之間存在死區(qū)。 （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。 D類功放的最新發(fā)展——T類功率放大器針對(duì)D類功率放大器的缺陷，美國(guó)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(guān)狀態(tài)，功率和D類功放相當(dāng)。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(hào)的適應(yīng)算法及預(yù)測(cè)算法用到這里。輸入的音頻信號(hào)和進(jìn)入揚(yáng)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(dǎo)通關(guān)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(dòng)態(tài)范圍更寬，頻率響應(yīng)平坦，群延遲小。DDPTM的出現(xiàn)，把數(shù)字時(shí)代的功率放大器推到一個(gè)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(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類功率放大器那么嚴(yán)重。據(jù)有關(guān)媒體報(bào)道，國(guó)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(jìn)一步發(fā)展，數(shù)字功率放大器會(huì)給我們帶來全新的視聽享受。結(jié)論幾十年來在音頻領(lǐng)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(gè)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(diǎn)是效率太低。全球音視頻領(lǐng)域數(shù)字化的浪潮以及人們對(duì)音視頻設(shè)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(yīng)該具有工作效率高，便于與其他數(shù)字化設(shè)備相連接的特點(diǎn)。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(guó)際上加緊了對(duì)D類音頻功率放大器的研究與開發(fā)，并取得了一定的進(jìn)展，幾家著名的研究機(jī)構(gòu)及公司已經(jīng)試驗(yàn)性地向市場(chǎng)提供了D類音頻功率放大器評(píng)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(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。本設(shè)計(jì)詳細(xì)討論D類功放的工作原理、優(yōu)越性以及其局限性，對(duì)于本系統(tǒng)設(shè)計(jì)，有些指標(biāo)還有待于進(jìn)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(duì)電路的改進(jìn)和對(duì)元器件的最佳選擇進(jìn)一步完善。在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我們走了許多彎路，但這同時(shí)使我們從中積累了許多經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)。正是這些經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)使我們對(duì)D類放大器的工作原理有了更深刻的理解，對(duì)功放的設(shè)計(jì)有了更深刻的認(rèn)識(shí)，對(duì)集成電路的設(shè)計(jì)有了更深刻的理解和認(rèn)識(shí)。致謝經(jīng)過半年的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲，作為一個(gè)大學(xué)生的畢業(yè)設(shè)計(jì)，由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有導(dǎo)師的督促指導(dǎo)，以及一起工作的同學(xué)們的支持，想要完成這個(gè)設(shè)計(jì)是難以想象的。 在這里首先要感謝我們的指導(dǎo)老師XXX。X老師平日里工作繁多，但在我們做畢業(yè)設(shè)計(jì)的每個(gè)階段，從外出實(shí)習(xí)到查閱資料，設(shè)計(jì)草案的確定和修改，中期檢查，后期詳細(xì)設(shè)計(jì)，裝配草圖等整個(gè)過程中都給予了我們悉心的指導(dǎo)。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)誤。除了敬佩X老師的專業(yè)水平外，他的治學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)和科學(xué)研究的精神也是我們永遠(yuǎn)學(xué)習(xí)的榜樣，并將積極影響我們今后的學(xué)習(xí)和工作。 其次要感謝一起做畢業(yè)設(shè)計(jì)的同學(xué)，他們?cè)诒敬卧O(shè)計(jì)中勤奮工作，克服了許多困難來完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并承擔(dān)了大部分的工作量。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計(jì)的完成將變得非常困難。然后還要感謝大學(xué)幾年來所有的老師，為我們打下電子專業(yè)知識(shí)的基礎(chǔ)；同時(shí)還要感謝所有的同學(xué)們，正是因?yàn)橛辛四銈兊闹С趾凸膭?lì)。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)才會(huì)順利完成。最后感謝我們的母?！猉XXXX職業(yè)技術(shù)學(xué)院幾年來對(duì)我們的大力栽培。參考文獻(xiàn)1. ：北京理工大學(xué)出版社，50