【正文】 種極性的載流子,即多數(shù)載流子和反極性的少數(shù)載流子參與導(dǎo)電,因此稱為雙極型晶體管,而 FET 僅是由多數(shù)載流子參與導(dǎo)電,它與雙極型相反 ,也稱為單極型晶體管。它屬于電壓控制型半導(dǎo)體器件,具有輸入電阻高(108～109Ω)、噪聲小、功耗低、動態(tài)范圍大、易于集成、沒有二次擊穿現(xiàn)象、安全工作區(qū)域?qū)挼葍?yōu)點,現(xiàn)已成為雙極型晶體管和功率晶體管的強(qiáng)大競爭者。場效應(yīng)管分結(jié)型、絕緣柵型兩大類。結(jié)型場效應(yīng)管(JFET)因有兩個 PN 結(jié)而得名,絕緣柵型場效應(yīng)管(JGFET)則因柵極與其它電極完全絕緣而得名。目前在絕緣柵型場效應(yīng)管中,應(yīng)用最為廣泛的是 MOS 場效應(yīng)管,簡稱 MOS 管(即金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)管 MOSFET)。此外還有 PMOS、NMOS 和 VMOS 功率場效應(yīng)管,以及最近剛問世的 πMOS場效應(yīng)管、VMOS 功率模塊等。按溝道半導(dǎo)體材料的不同,結(jié)型和絕緣柵型各分溝道和 P 溝道兩種。若按導(dǎo)電方式來劃分,場效應(yīng)管又可分成耗盡型與增強(qiáng)型。結(jié)型場效應(yīng)管均為耗盡型,絕緣柵型場效應(yīng)管既有耗盡型的,也有增強(qiáng)型的。場效應(yīng)晶體管可分為結(jié)場效應(yīng)晶體管和 MOS 場效應(yīng)晶體管。而 MOS 場效應(yīng)晶體管又分為 N 溝耗盡型和增強(qiáng)型。P 溝耗盡型和增強(qiáng)型四大類。 BTL 電路集成功率放大器由于不僅具有體積小、重量輕、成本低、外圍元件少、安裝調(diào)試簡單、使用方便的優(yōu)點；而且在性能上也優(yōu)于分立元件，例如溫度穩(wěn)定性好，功耗小、失真小，特別是集成功率放大器內(nèi)部還設(shè)置有過熱、過電流、過電壓等自動保護(hù)功能的電路對電路自行進(jìn)行保護(hù)。由于集成功率放大器具有分立元件不具有的很多優(yōu)點，近年來集成功率放大器件發(fā)展很快，使用相當(dāng)廣泛。產(chǎn)品有單通道和雙通道、單功放、－ 17 －雙功放及多功放等器件。集成功放在實際應(yīng)用中通常接成 OCL 電路，或 OTL 電路，接成 BTL（BALANCED TRANSFORMER LESS）電路卻很少，而 BTL 電路的優(yōu)點是電源利用率比前面兩種電路高 4 倍。大家知道 OCL 和 OTL 兩種功放電路的效率很高，但是他們的缺點就是電源的利用率都不高，其主要原因是在輸入正弦信號時，在每半個信號周期中，電路只有一個晶體管和一個電源在工作。為了提高電源的利用率，也就是在較低電源電壓的作用下，使負(fù)載獲得較大的輸出功率，一般采用平衡式無輸出變壓器電路，又稱為 BTL 電路。該電路仍然為乙類推挽放大電路，利用對稱互補(bǔ)的 2 個電路完成對輸入信號的放大， 最大輸出功率為： 同 OTL 電路相比，同樣是單電源供電，在 VCC，RL 相同條件下，BTL 電路輸出功率為 OTL 電路輸出功率的 4 倍，即 BTL 電路電源利用率高。BTL 電路的效率在理想情況下，仍近似為 %。電路如圖 44 所示。 圖 44在輸入信號正半周時，T1，T4 導(dǎo)通，T2，T3 截止，負(fù)載電流由 VCC 經(jīng)V1，R ，V4 流到虛地端。如圖中的實線所示，負(fù)載上獲得正半周期電壓。在輸入信號負(fù)半周時，T1，T4 載止，T2，T3 導(dǎo)通，負(fù)載電流由 VCC 經(jīng)V2，R ，V3 流到虛地端。如圖中虛線所示，負(fù)載上獲得負(fù)半周期電壓。因而整個負(fù)載上獲得交流功率。BTL 電路用的管子較多，很難做到四只管子特性理想對稱，且管子的總損耗使得轉(zhuǎn)換效率降低，電路的輸入和輸出均無接地點，因此－ 18 －有些場合不適用。 功率放大電路部分的設(shè)計分析在集成芯片 IRF7389 的每一片中置一對 VMOS 管，N 溝道和 P 溝道，此外，IRF7389 還內(nèi)置高速恢復(fù)二極管，能降低諧波失真。由于場效應(yīng)管在性能上的特點，所以該部分電路我主要采用兩片 IRF7389 來構(gòu)成 BTL 電路，電路如圖 45。在該部分電路中，功率放大部分采用兩片 IRF7389，每一片中內(nèi)置一對 VMOS 管，N 溝道和 P 溝道的導(dǎo)通電阻分別為 498MΩ VGS＝ 時 ，最大輸出功率為30W。此外，IRF7389 還內(nèi)置高速恢復(fù)二極管，能降低諧波失真。圖中的 C1C17 是加速電容，可用來改善激勵波形，以使 VMOS 管迅速由截止轉(zhuǎn)換為導(dǎo)通，或由導(dǎo)通迅速轉(zhuǎn)為截止，以達(dá)到減少死區(qū)時間，改善輸出波形之目的。圖中的 RR8 主要是起保護(hù)作用。 圖 45 濾波由于Mega8單片機(jī)內(nèi)部的結(jié)構(gòu)，在前置放大后進(jìn)入到單片機(jī)芯片時就已經(jīng)先進(jìn)行低－ 19 －通濾波了，而在單片機(jī)處理好信號后輸出到BTL電路，電路中的C3，C4用來在輸出放大信號中濾除雜波，減少失真，最后喇叭輸出中還加幾個電容，主要目的是用于使輸出的信號中夾雜的一些波濾除掉，從而保證輸出信號的完整性以及功率放大的不失真。5 軟件設(shè)計該系統(tǒng)軟件是由 AD 中斷服務(wù)程序、定時中斷服務(wù)程序、PWM 程序、按鍵中斷服務(wù)程序組成。系統(tǒng)上電后，AD 中斷程序、時鐘中斷程序、PWM 程序首先進(jìn)行初始化，然后在程序運行初始階段進(jìn)行音量的 AGC 控制。考慮到人耳對接收聲音強(qiáng)度的對數(shù)關(guān)系，放大器的增益從 2 倍到 20 倍間設(shè)計成對數(shù)增加方式，而無須手動調(diào)整放大倍數(shù)，從而使輸出能保證在一定范圍內(nèi)，以使放大器工作在線性區(qū)。具體程序流程框圖見圖 51 所示。AT 的 AD 轉(zhuǎn)換在轉(zhuǎn)換精度要求低于 10 位時，ADC 的采樣時鐘可以高于 200 kHz，因而可獲得更高的采樣率。另外設(shè)置 SFIOR 寄存器中的 ADHSM 位可提高 ADC的時鐘頻率。本系統(tǒng)采用 ADC 內(nèi)部參考電源和連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，并選用 ADC4 通道（精度為 8 位） ，實驗測得的轉(zhuǎn)換速度可達(dá) 40 kHz。PWM 的 A、B 通道初始化采用相同的工作方式，零輸入時，A 、B 同相輸出。而當(dāng)正信號輸入時，A 通道的脈寬增加，此時由于 B 通道的比較值與 A 通道互補(bǔ)，所以B 通道脈寬減少；當(dāng)有負(fù)信號輸入時，A 通道的脈寬減少， B 通道的脈寬增加。在源程序中，首先定義了 AD 中斷，PWM 模式，端口配置初始化，設(shè)定好 AD 轉(zhuǎn)換和 PWM 輸出的端口，以及高低電平，接著啟動 ADC，進(jìn)行 ADC 采樣，得到的值除以 4，是為了提高精確度，然后賦值給 ORC1A，ORC1B=255ORC1A，即 PWM。通過讀取按鍵值，確定有按鍵按下，有則啟動 PWM，產(chǎn)生 PWM 波形，如果再按下按鍵則關(guān)閉 PWM，在讀取按鍵啟動與關(guān)閉 PWM 中，我還加了個防抖動，當(dāng)按鍵按下時間不超過一定延時，則不執(zhí)行任何操作，這樣保證了在按鍵過程中不會出現(xiàn)錯誤的操作，確保了程序運行時信號輸出的完整性，具體源程序見附錄。AD 中斷，PWM（設(shè)置 PWM 為快速PWM 的 8 位模式，比較匹配時設(shè)置OCR1A/OCR1B，計數(shù)器為 TOP 時清零 OCR1A/OCR1B） ，端口配置初始化。－ 20 － 圖 516 整體系統(tǒng)優(yōu)點和存在問題及改進(jìn) 整體設(shè)計優(yōu)點數(shù)字功率放大器的設(shè)計研究工作已經(jīng)基本結(jié)束，經(jīng)過大量的查閱相關(guān)資料和文獻(xiàn)，對系統(tǒng)不斷研究和改進(jìn)，較好地實現(xiàn)了預(yù)期研究設(shè)計目標(biāo)。本系統(tǒng)沿用了傳統(tǒng)功率放大系統(tǒng)的設(shè)計思路。由于傳統(tǒng)功率放大器的電路設(shè)計思想已經(jīng)沿用了幾十年了，電路理論成型比較完整，所以沿用此設(shè)計思路設(shè)計起來會比較順利，設(shè)計出的系統(tǒng)效果成熟、穩(wěn)定。突出的特點在于結(jié)合了 AVR 單片機(jī)和場效應(yīng)管來設(shè)計數(shù)字功放，使得所設(shè)計的數(shù)字功率放大器具有功耗低，成本低，電路簡單，放大信號失真低，效率高。并且從前置放大級、信號處理級到功率放大級都選用優(yōu)質(zhì)的集成芯片，不但簡化了系統(tǒng)的設(shè)計、并能有效保證系統(tǒng)高效、穩(wěn)定地工作。在功能方面靈活性好，可擴(kuò)展性強(qiáng)，通過調(diào)整程序還可滿足不同需求，若再加一片存儲器，即可實現(xiàn)錄音、復(fù)讀、設(shè)定播放時間和顯示音量等。而這些功能僅僅通過集成 D 類功放是無法完成的。 存在問題及改進(jìn)本系統(tǒng)仍然存在有一些細(xì)節(jié)上的問題，如果能夠更深入地對系統(tǒng)設(shè)計進(jìn)行研究，也許能使系統(tǒng)的設(shè)計更加完美。遺憾的是，設(shè)計系統(tǒng)功能比較簡單，而且由于系統(tǒng)設(shè)計時間比較倉促，未能按照系統(tǒng)設(shè)計方向做出實物，但在整個設(shè)計研究和論文寫作過程中，還是能針對功率的提高和不失真較好地完成工作任務(wù)。希望在以后能改善本設(shè)計，使設(shè)計更完整和功能更豐富些。新的技術(shù)飛躍往往是新材料、新理論、新方法的出現(xiàn)之后產(chǎn)生的，功率放大器同樣也不會例外。在科技日新月異的時代，我們有理由期待更完美的功率放大器的出現(xiàn)。ADC 采樣，得到的 ADC 值除以 4 后賦值給 OCR1A，OCR1B=255OCR1A。讀取按鍵值，確定是否有按鍵按下，如果有則啟動 PWM，產(chǎn)生 PWM 波形，如果再次按下按鍵則關(guān)閉 PWM。鳴 謝－ 21 －鳴 謝在此次畢業(yè)設(shè)計過程中，出現(xiàn)了很多以前學(xué)習(xí)中不曾碰到過的新問題，使得我的設(shè)計工作遇到了重重困難，王驥老師給予了我精心的輔導(dǎo)和指點，幫助解決了許多難點，疑點，讓我能順利完成此次的畢業(yè)論文的寫作，在此我要向我的導(dǎo)師王驥表示最衷心的感謝！同時也很感謝同學(xué)們的熱情幫忙。附 錄－ 22 －參考文獻(xiàn)[1] 童詩白，華成英 . 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)（第三版）[M]. 北京：高等教育出版社，2022 [2] 閻石. 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)（第四版）[M]. 北京：高等教育出版社，2022[3] 楊幫文. 新型實用功率放大電路集錦[M]. 北京：人民郵電出版社，2022.[4] 《 無線電》雜志社.《無線電》合訂本 2022 年（下）[J]. 北京：人民郵電出版社，2022.[5] 張慶雙, 姜立華.《家用電器維修精華叢書》編輯委員會. 功率放大器及音箱維修精華[M] . 機(jī)械工業(yè)出版社，2022附 錄源程序如下：include include includepragma interrupt_handler adc_isr:15 //ADC 中斷void init() //初始化{ADMUX=0x00。 //使用 ADC0 通道，ADC 參考源為 AREF 引腳ADCSRA=0xab。 //使用 ADC 連續(xù)轉(zhuǎn)換模式，8 倍分頻TIMSK=0x00。 //中斷屏蔽位，沒有開啟任何中斷TIFR=0。 //中斷標(biāo)志位TCCR1A=00。 //關(guān)閉 PWMTCCR1B=0x09。//系統(tǒng)時鐘SREG=0x80。 //開啟全局中斷ADCSRA|=BIT(ADSC)。//首次啟動 ADC附 錄－ 23 －}int aa。char num1=0。void adc_isr(){aa=ADC/4。 //ADC 的值除以 4OCR1A=aa。 OCR1B=255aa。//取補(bǔ)}void main(){char j=0。int i=0。char key=0,key0=0。DDRB=0xff。//初始端口DDRD=0x00。PORTD=0xff。DDRC=0x20。init()。PORTC|=BIT(PC5)。while(1){key=PIND。//讀取按鍵if (key==0xff)//無按鍵操作j=0。if (key!=0xffamp。amp。j==0)//有按鍵操作{i=0。j=1。附 錄－ 24 －key0=key。}if (i2022amp。amp。j==1amp。amp。key==key0)//延時后再讀按鍵{ //按鍵處理if (key==0xfe)//播放與停止num1++。if (num1==2)num1=0。if (num1==1)//播放{TCCR1A=0xa1。 //開啟 PWMPORTB|=BIT(PB3)。}if (num1==0)//停止{TCCR1A=0。//關(guān)閉 PWMPORTBamp。=~BIT(PB3)。}j=0。i=0。}i++。}}