【導(dǎo)讀】社會(huì)的進(jìn)步，消費(fèi)水平的提高，使人們對(duì)音頻設(shè)備的要求又提高了一步。究、開發(fā)高效、節(jié)能、數(shù)字化的音頻功率放大器。效率高外，還要具備和其他設(shè)備相連接的特點(diǎn)。丁類音頻功率放大器完全符合上述要。導(dǎo)通時(shí)間以放大信號(hào)。其輸出級(jí)工作狀態(tài)不是完全導(dǎo)通，就是完全截止。產(chǎn)生一種高電壓、高頻率的方波。它輸出的PWM信號(hào)采用低通濾波器把高頻信號(hào)濾。出，僅留調(diào)制音頻部分，用以驅(qū)動(dòng)揚(yáng)聲器。它的研制和設(shè)計(jì)過程中主要的性能技術(shù)問。音樂時(shí)的平均工作效率只有30%左右。全截止；因此輸出器件的功耗甚小。由于丁類功放利用晶體管快速切換的開關(guān)特性，在電源電壓為額定值時(shí)，丁類功放的效率高達(dá)80%以上。PWM控制電路的設(shè)計(jì)并不復(fù)雜，但需要把噪聲降低并用使諧波失真很小。以控制得更好，使它的暫態(tài)響應(yīng)特性良好。切換頻率通常達(dá)數(shù)十千赫到數(shù)百千赫。用，這樣就可以不必使用低效率的線性穩(wěn)壓處理。

　　

【正文】 溝道功率 MOSFET 及兩個(gè) N溝道 MOSFET、方向器及接在 OUT+及 OUT－端的負(fù)載 RL組成。四個(gè) MOSFET 管 及負(fù)載連接成“ H”的字樣，所以又稱為 H型橋式功放。 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 30 其輸入信號(hào)由 PWM 控制器的輸出信號(hào)分兩路提供；一路直接接在左端輸入端；另一路經(jīng)反相器后接在右端輸入端。兩個(gè)輸入端的相位總是相反的。如圖左端輸入的是正脈沖，右端輸入的是同脈寬的負(fù)脈沖。 工作原理如下：左端輸入正脈沖，則右端輸入負(fù)脈沖，其脈沖寬度相同。左邊的 P溝道 MOSFET截止， N溝道 MOSFET 飽和導(dǎo)通 ；與此同時(shí)右邊的 P 溝道 MOSFET 導(dǎo)通， N溝道 MOSFET截止電流從 Vpcc 流經(jīng) RL 后流入 Vpcc，電流反向從揚(yáng)聲器右邊流向左邊；當(dāng)左端輸入負(fù)脈沖時(shí)，則右端輸入正脈沖，電流反向從揚(yáng)聲器左邊流向右邊。 半橋式放大器 如圖 4－ 17：它由一個(gè) P 溝道 MOSFET 和一個(gè) N溝道 MOSFET 組成。工作原理如下：輸入正脈沖時(shí)，上面的 P溝道 MOSFET飽和導(dǎo)通，下面 N溝道 MOSFET 截止；當(dāng)輸入負(fù)脈沖時(shí)，下面的 N 溝道 MOSFET 飽和導(dǎo)通，上面的 P 溝道 MOSFET 截止。 輸出橋的選擇 由以上介紹可知，在相同的供電電壓下，全橋輸出是半橋的二倍。一般全橋用于供電 電壓低和超大功率的場(chǎng)合，只有這樣才能輸出滿足要求的功率。由于本設(shè)計(jì)對(duì)供電電壓沒有要求，我們這里采用半橋輸出式。其具體電路如圖 4－ 18： 輸出時(shí)總是單管飽和導(dǎo)通，這時(shí)單管受壓為 120V，所以 VDS大于等于 240V(兩倍的富余量 )；當(dāng) RL＝ 8Ω時(shí)，要求最大輸出功率為 100w，此時(shí)輸出電流有效值 I=， Imax=5A,所以功率管的 ID大于等于 10A；由于此放大器的效率大于等于 80%，其集電極功率損耗小于 20W，所選功率管的 PC大于 40W 即可。此設(shè)計(jì)的震蕩頻率為 200KHZ，所選功率管的開關(guān)時(shí)間應(yīng)小于 5ms，以避免兩管同時(shí)導(dǎo)安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 31 通從而燒壞功率管，而盡量選擇開關(guān)時(shí)間小的功率管，也就減少了開關(guān)損耗，提高了效率；這里要提高效率就要盡量選擇導(dǎo)通電阻 RON 小的功率管。根據(jù)以上條件我們選NMOS IRF636，其主要參數(shù)如下： VDS=275V。ID=。RON=。TON=35ns。TOFF=29ns。集電極最大損耗 PCM= 選擇 IRFP9640；兩快恢復(fù)二極管在截止時(shí)的最大耐壓120v，導(dǎo)通時(shí)峰值電流為 5A，選擇 RHRG1540CC,其主要參數(shù)為極限工作電壓 VRWM=400V, 極限工作電流 IM=15A,恢復(fù)時(shí)間 40ns。 我們來計(jì)算導(dǎo)通損耗：當(dāng)最大功率為 100W 時(shí)，集電極電流約為 。 Pon＝ ICM2 R= ≈ 我們來計(jì)算開關(guān)損耗：在開關(guān)過程中，我們可認(rèn)為 MOS管是線性的。所以開關(guān)損耗可用公式 :Q=∫ 0ton(off)iudt,如圖 4－ 19： 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的開損耗： Qon＝∫ 035ns()t(120/35ns)tdt = 4956 10－ 9w 一個(gè)開關(guān)周期內(nèi)的關(guān)損耗： Qoff＝∫ 029ns()t(120/29ns)tdt = 10－ 9W 總開關(guān)損耗為： 200 1000（ 4956＋ ） 10－ 9W＝ 所以 MOS 管總損耗為： +＝ 。 輸出濾波器的設(shè)計(jì) 低通濾波器的截至頻率決定功放頻率響應(yīng)高頻上限。此高頻上限隨著輸出負(fù)載不同而改變，可選 30～ 40KHZ。低通濾波器的電感器中流過的電流很大，電感線圈的電阻和電容器的等效串聯(lián)電阻都會(huì)消耗功率，也就是說，輸出低通濾波器會(huì)降低丁類功率放大器的效率，必須使用等效串聯(lián)電阻小的電感和等效串聯(lián)電阻小的電容器。用二階低 通濾波器時(shí)需要的元件數(shù)量少，成本低對(duì)高頻的衰減作用要差一些。用四階低通濾波器需要的元件數(shù)量多，成本增高，對(duì)高頻的濾波效果要好過二階低通濾波器。提高開關(guān)頻率可以降低電感器和電容器的數(shù)值，從而可以使用體積比較小的電感器和電容器，便于布置印刷電路板，也可以幫助降低 MOSFET 管的開關(guān)損耗，同樣無源元件U toff ton 圖 4－ 19 i 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 32 的高頻損耗也會(huì)引起效率下降。通常該電路采用功率較小的二階低通 LC 濾波器。本設(shè)計(jì)就采用二階低通濾波器。 需要注意的是組成低通濾波器的元件參數(shù)不能隨意改變，其取值應(yīng)該根據(jù)揚(yáng)聲器的阻抗 RL來確定。其 fc 通常在 30～ 40 KHZ， fc＝ 1/2π (LC)1/2， Q 值在 ～ 之間效果最佳（ Q＝ RLC/L） ，若 Q 值小，則高頻響應(yīng)高端下降的較早，不過下降斜率較小，因而電路較穩(wěn)定； Q值等于 時(shí)，響應(yīng)最平坦，截止頻率點(diǎn)前后變化最均勻；如果 Q值高于 ，則會(huì)使頻率響應(yīng)在 fc處出現(xiàn)較大幅度的上沖，導(dǎo)致頻率變化劇烈 ，因此不宜采用。 分相電路 一般的丁類音頻功率放大器正負(fù)半波均要通過 PWM控制器與三角波進(jìn)行比較輸出正負(fù)脈沖波，而本設(shè)計(jì)中是通過精密整流電路將輸入信號(hào)均翻轉(zhuǎn)為正半波，此分相電路是識(shí)別所調(diào)制的輸入信號(hào)是 正半波還是負(fù)半波從而作為控制端控制哪一開關(guān)管導(dǎo)通。 分相電路如圖 4－ 1 所示，它由過零比較器、兩個(gè)與門、和一個(gè)非門組成。過零比較器采用高速比較器 LM393/A，由高輸入阻抗低輸出阻抗，其同相輸入端通過 51K電阻接輸入級(jí)的輸出端，其反相輸入端通過 51K 電阻接地，輸出端接 1K 電阻輸出到兩個(gè)與門的控制端。其原理是：當(dāng)比較器輸出高電平時(shí)，控制輸出橋的 NMOS 飽和導(dǎo)通，當(dāng)比較器輸出低電平時(shí)，控制輸出橋的 PMOS 飽和導(dǎo)通；也即當(dāng)電路輸入端輸入波形為正半波時(shí)， NMOS 飽和導(dǎo)通，當(dāng)電路輸入端輸入波形為負(fù)半波時(shí)， PMOS 飽和導(dǎo)通 。由此實(shí)現(xiàn)分相。 開關(guān)機(jī)消噪電路 許多音響設(shè)備在開關(guān)機(jī)時(shí)都會(huì)發(fā)出“噗”的聲響。本電路使用兩塊 555 可消除這種令人不快的聲響。如圖 4－ 20 所示，當(dāng)接通電源（撥至“開”）時(shí)，由 IC1555 等組成的觸發(fā)器及 VT1 控制的繼電器 J1 延時(shí) 2 秒后接通喇叭，可消除開機(jī)時(shí)發(fā)出的噪聲；而關(guān)機(jī)時(shí)，由 IC2 觸發(fā)器的 4 腳接地， IC2 強(qiáng)制復(fù)位，延時(shí) 1 秒左右， J2 切斷喇叭，可消除關(guān)機(jī)時(shí)的噗聲。 J1 的常開觸點(diǎn)和 J2的常閉觸點(diǎn)串與輸出網(wǎng)絡(luò)。 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 33 電源電路 電源電路是整個(gè)功放機(jī)的能量供應(yīng)站，其質(zhì)量將直接影響整個(gè)功放的 質(zhì)量。為了保證整個(gè)功放機(jī)的工作穩(wěn)定，電源電路必須滿足以下要求：（ 1）電源內(nèi)阻小，功率大，效率高；（ 2）反應(yīng)速度快，輸出電壓紋波系數(shù)??；（ 3）不能防止影響其他設(shè)備正常工作。變壓器的材料與鐵心的形狀對(duì)功放的音質(zhì)也有一定的影響，因此功放電源變壓器通常采用漏磁小、內(nèi)阻小的環(huán)行變壓器。其電源穩(wěn)定形式主要有并聯(lián)穩(wěn)壓以及串聯(lián)穩(wěn)壓兩種形式。這里采用電路簡(jiǎn)單，性能可靠的三端穩(wěn)壓器穩(wěn)壓電路。三端穩(wěn)壓器選用 78xx 系列。 220v 交流電經(jīng)過變壓器降壓，兩個(gè) 48v 繞組輸出的電壓經(jīng)整流、濾波后直接為功放輸出級(jí)電路提供大電流、高電壓電源 ； 18v 繞組輸出的電壓經(jīng)過整流橋整流、濾波后再經(jīng)過三端穩(wěn)壓器 7815 穩(wěn)定后的177。 15 電壓為驅(qū)動(dòng)電路供電。 6v繞組經(jīng)整流、濾波、穩(wěn)壓后輸出177。 5v為輸入級(jí)、 PWM 調(diào)制電路及分相電路供電。 圖 4－ 20 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 34 總體電路 4N251uf47k47k94k10k 10kIN4148IN414810k5K10k10K10K20K20K10Kamp。10K10K1000pf43011K33pf51k1kamp。51kamp。901147K1K90119014901522IRF636901147K4N251K90119014901522IRF636RHRG1540CCRHRG1540CC20uHJ1 J2940uf+5V+5Vin+5V+5v5v+5V5V+5v5V+5V+5V5V+5V5V+15V+15+60V15v60v 圖 4－ 21 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 35 第五章 總 結(jié) 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的主要目的就是讓我們將大學(xué)四年中所學(xué)的知識(shí)用在實(shí)踐中，并培養(yǎng)我們的獨(dú)立考慮、設(shè)計(jì)能力、創(chuàng)新能力、遇到問題的解決能力和團(tuán)隊(duì)合作能力，以及我們?cè)谧呦蚬ぷ鲘徫缓竽芨玫陌l(fā) 揮學(xué)以致用，在碰到困難時(shí)不急不躁，在自主解決的前提下，結(jié)合團(tuán)隊(duì)力量，解決問題并有所創(chuàng)新。在實(shí)際的動(dòng)手設(shè)計(jì)中我學(xué)到了好多書本上學(xué)不到的知識(shí)，鍛煉了自己的動(dòng)手能力、研發(fā)能力。 本次論文的設(shè)計(jì)中論述了 音視頻領(lǐng)域的數(shù)字化進(jìn)展迅速，從數(shù)字化音源到數(shù)字化處理技術(shù)。音頻數(shù)字化的格式、編解碼規(guī)則、數(shù)字壓縮技術(shù)、糾錯(cuò)技術(shù)、數(shù)據(jù)記錄傳輸及重放技術(shù)、多路信號(hào)編解碼技術(shù)等已形成比較完善的體系，它們廣泛地應(yīng)用在 LD、CD、 VCD、 DVD、 DV和 DTV等方面 。運(yùn)用模擬電路組成的脈寬調(diào)制器一般都是根據(jù)自然采樣定理（此時(shí)輸入信號(hào)為模擬信號(hào) ），用載波（三角波）和調(diào)制波（模擬輸入信號(hào)）比較，由其交點(diǎn)確定的脈沖序列即為控制開關(guān)管的 PWM序列，作為音頻功率放大器的主要組成部分，完成此次的音頻功率放大器的設(shè)計(jì)。 在未來的科技發(fā)展中，音頻功率放大器將會(huì)日新月異的向前發(fā)展，各種技術(shù)指標(biāo)達(dá)到更高的精度。我們?cè)谝院蟮墓ぷ鲗W(xué)習(xí)中也會(huì)遇到各種技術(shù)問題，所以有了這次設(shè)計(jì)的經(jīng)驗(yàn)對(duì)我們來說是一次很好的鍛煉。 安徽理工大學(xué)電子信息工程專業(yè)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文 致謝 為期一個(gè)學(xué)期的畢業(yè)設(shè)計(jì)已告一段落 .本論文的研究工作是在導(dǎo)師李良光教授的細(xì)心指導(dǎo)下完成的。從論文的選題、研究?jī)?nèi)容和方案的確定到整 個(gè)研究工作的進(jìn)步以及最后論文的撰寫的整個(gè)過程，導(dǎo)師都給予了我耐心的指導(dǎo)和細(xì)致的關(guān)懷。在近四年的本科求學(xué)生涯中，每個(gè)老師淵博的專業(yè)知識(shí)、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度以及認(rèn)真負(fù)責(zé)的工作作風(fēng)一直影響、激勵(lì)著我，并將使我終生受益。在此謹(jǐn)向?qū)熇盍脊饨淌谥乱陨钌畹木匆夂椭孕牡母兄x。 同時(shí)要感謝王仁寶碩士、荊麗坤碩士以及系里的許多老師，他們?cè)趯W(xué)業(yè)和生活個(gè)、方面都給予我諸多的幫助和支持，使我獲益頗深。 通過幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)，培養(yǎng)了我們的實(shí)際動(dòng)手能力。在此，向他們表示我們的深切的敬意和衷心的感謝！ 四年來，還得到其他許多同窗好友的關(guān)心和幫助 ，在此也向他們表示誠(chéng)摯的謝意。 最后，要感謝父母和親人，正是他們默默的支持和無限的關(guān)心，才使我得以順利地完成學(xué)業(yè)。 參考文獻(xiàn)： 1. 謝嘉奎、宣月清、馮軍 電子線路 .第四版 .高等教育出版社， 2021 年 2. 張肅文、陸兆熊 高頻電子線路 .第三版 .高等教育出版社， 1993 年 3. 高文煥、劉潤(rùn)生 .電子線路基礎(chǔ) .北京：高等教育出版社， 1997 年 4. 張鳳言編 .電子線路基礎(chǔ) —— 高性能模擬電路和電流模技術(shù) .第二版 .高等教育出版社， 1987 年 5. 李樂民等 .數(shù)字通信傳輸系統(tǒng) .人民郵電出版社， 1986 年 6. 陳端雅譯著 .通信電子線路 .徐氏基金會(huì)， 1991 年 7. 宗孔德、胡廣書 .數(shù)字信號(hào)處理。北京：清華大學(xué)出版社， 1987 年 8. 康華光主編 .電子技術(shù)基礎(chǔ) .第三版 .北京：高等教育出版社， 1988 年 9. 姚玉潔譯著 .開關(guān)電流 —— 數(shù)字工藝的模擬技術(shù) .北京：高等教育出版社， 1997年 10. 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