【正文】 平《關(guān)于音頻功率放大器的應(yīng)用》，《安陽大學(xué)學(xué)報》，2002年02期。如果沒有他們的努力工作，此次設(shè)計的完成將變得非常困難。我們的設(shè)計較為復(fù)雜煩瑣，但是老師仍然細(xì)心地糾正圖紙中的錯誤。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改論文，每個過程都是對自己能力的一次檢驗和充實。在這次畢業(yè)設(shè)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(xùn)。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(jìn)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)。 結(jié)論幾十年來，A類、B類、AB類音頻功率放大器在音頻領(lǐng)域中一直占據(jù)主導(dǎo)地位，其發(fā)展經(jīng)歷了以下幾個過程：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。輸入的音頻信號和進(jìn)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(dǎo)通關(guān)閉，因而不存在脈寬調(diào)制D類功放的那些缺陷。 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。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揚聲器放大器的增益(表61)。而對D類器件來說，8mV的直流失調(diào)電壓通過8?負(fù)載時僅消耗8181。、。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)。H至100181。盡管這種偏移很小，若揚聲器未經(jīng)專門設(shè)計，能夠處理額外功率的話，還是可能被損壞。濾波元件的任何寄生電阻都會導(dǎo)致功率損耗、降低效率。標(biāo)準(zhǔn)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)。 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。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。 MAX9703/MAX9704詳細(xì)說明MAX9703/MAX9704無需濾波的D類音頻功率放大器對開關(guān)模式放大技術(shù)作了一些重要改進(jìn)。兩款器件都工作在40176。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。圖533 不同負(fù)載時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。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(fù)，但總會殘留部分高頻開關(guān)成分。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(fù)載上的高額載波電壓進(jìn)一步得到衰減。實際電路如圖528所示。所示從中可以看出對于4Ω以上阻抗，采用單極性PWM可以得到更平直的幅頻特性，對于低阻抗驅(qū)動，雙極性PWM更有優(yōu)勢。雙極性PWM與單極性PWM經(jīng)LC 濾波后的波形對比如圖524～圖526所示。PWM1與PWM2 都是低電平為零，高電平為VCC 的方波，PWM1與PWM2 形成的差動信號在50%占空比情況下為零，如果PWM 中包含音頻信息，PWM 占空比在0 與100%之間發(fā)生變化時，PWM1 與PWM2 的相位180，PWM1 與PWM2 形成的差動信號則是低電平為VCC，高電平為零，或者低電平為零，高電平為VCC 的方波，如圖523所示。圖519 H 橋式輸出電路②．雙極性PWMH 橋式電路輸出的兩路PWM波是180反向的，圖520所示為50%占空比，輸入為零的情況。VMOSFET管具有較小的驅(qū)動電流、低導(dǎo)通電阻及良好的開關(guān)特性，故選用高速VMOSFET管。圖518 H橋型輸出電路②．開關(guān)管的選擇為提高功率放大器的效率和輸出功率，開關(guān)管的選擇非常重要，對它的要求是高速、低導(dǎo)通電阻、低損耗。圖516驅(qū)動電路5. 高速開關(guān)電路 1． 方案論證與比較①．輸出方式方案一：選用推挽單端輸出方式(電路如圖517所示)。 超過此幅度則輸出會產(chǎn)生削波失真。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。圖514比較器電路 前置放大器電路如圖515所示。V的最大值為2V，則2=(R7+R6)1/2fC4=(R7+R6)4f=100041501000≈取C4=220pF,R7=10KΩ,R6采用20KΩ可調(diào)電位器。圖513三角波產(chǎn)生電路載波頻率的選定既要考慮抽樣定理，又要考慮電路的實現(xiàn)，選擇150KHz的載波，使用四階Butterworth LC濾波器，輸出端對載頻的衰減大于60dB，能滿足題目的要求，所以我們選用載波頻率為150 kHz。三角波產(chǎn)生器及比較器分別采用通用集成電路，各部分的功能清晰，實現(xiàn)靈活，便于調(diào)試。嚴(yán)格地講，設(shè)計時應(yīng)把音箱阻抗的變化一起考慮進(jìn)去，但作為一個功放產(chǎn)品指定音箱是行不通的，所以D類功放與音箱的搭配小更有發(fā)燒友馳騁的天地。同時，三角波形的形狀、頻率的準(zhǔn)確性和時鐘信號的抖晃都會影響到以后復(fù)原的信號與原信號不同而產(chǎn)生失真。頻率過低達(dá)到同樣要求的THD標(biāo)準(zhǔn)，對無源LC低通濾波器的元件要求就高，結(jié)構(gòu)復(fù)雜。若干年前，這種高頻大功率管的價格昂貴，在一定程度上限制了D類功放的發(fā)展。此時功放管的線性已沒有太大意義，更重要的是開關(guān)響應(yīng)和飽和壓降。方法很簡單，只需要用一個低通濾波器。音頻信息被調(diào)制到脈沖波形中。當(dāng)正端上的電位高于負(fù)端三角波電位時，比較器輸出為高電平，反之則輸出低電平。一方面汽車用蓄電池供電需要更高的效率，另一方面空間小無法放入有大散熱板結(jié)構(gòu)的功故，兩者都希望有D類這樣高效的放大器來放大音頻信號。在理想情況下，D類功放的效率為100％，B類功放的效率為78．5％，A類功放的效率才50％或25％(按負(fù)載方式而定)。D類功放是放大力件處于開關(guān)工作狀態(tài)的一種放大模式。B類功放雖然效率提高很多，但實際效率僅為50％左右，在小型使撓式音響設(shè)備如汽車功放、筆記本電腦音頻系統(tǒng)和專業(yè)超大功率功放場合，仍感效率偏低不能令人滿意。產(chǎn)品的一致性好，生產(chǎn)中無需調(diào)試，只要保證元器件正確安裝即可。 （4）高、中、低頻無相對相移，聲音清晰透明，聲像定位準(zhǔn)確。（2）無過零失真。耗電量僅為同功率等級模擬放大器的三分之一。實現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類型包括A類放大器，AB類放大器和B類放大器。運行仿真試驗的目的就是得出分析數(shù)據(jù)、電路波形特性及各種相關(guān)參數(shù)。圖4－4給出了電路建模EDA仿真分析時一般的步驟根據(jù)流程圖的步驟，重點應(yīng)該做好課題建模、儀器的連接、運行仿真試驗、分析結(jié)果等工作。EDA技術(shù)代表了當(dāng)今電子設(shè)計技術(shù)的最新發(fā)展方向。f輸入信 號的頻率諧波頻譜圖43 PWM波的頻譜 D類功放的EDA仿真 EDA仿真概述EDA（Electronic Design Automation ）是指以計算機為工作平臺，融合應(yīng)用電子技術(shù)、計算機技術(shù)、智能化技術(shù)最新成果而研制成功的電子CAD通用軟件包。當(dāng)三角波幅度大于正弦波幅部分，變換電路輸出1；而三角波幅小于正弦波幅處，變換電路均輸出0；這樣即將輸入的正弦信號變?yōu)閷挾入S正弦信號波幅變化的PWM波。從電路看，當(dāng)兩支形狀短路阻抗為0，開路阻抗為無窮大時，電路效率100%。脈沖串在由晶體管放大后，便由LC低通濾波器進(jìn)行平滑處理，從而恢復(fù)為原有的音樂波形。采用脈寬調(diào)制后，音頻信號便成為一系列的用“0”和“1”表示的寬度可變的脈沖串，脈沖的寬度越寬，信號的幅度就越大。其次，是自身技術(shù)的發(fā)展。D類放大器的某些優(yōu)點推動了手機和LCD平板顯示器這兩個終端設(shè)備市場的迅速發(fā)展。D類放大器對散熱器的要求大為降低，甚至可以省去散熱器，因此非常適用于緊湊型大功率應(yīng)用。對于線性放大器（如AB類）來說，偏置原件和輸出晶體管的線性工作方式會損耗大量功率。事實上由于關(guān)斷時器件尚有微小漏電流，而導(dǎo)通時，器件并未完全短路，尚有一定管壓降，故存在較少直流損耗，效率不能達(dá)100%，實際在8090%,是實用放大器中效率最高的。不過筆者認(rèn)為，它的正當(dāng)使用在于它對A類(甲類)的補充，且當(dāng)面向低負(fù)載阻抗時可繼續(xù)較好地工作。 [甲乙類)放大器 AB類(甲乙類)放大器，實際上是A類(甲類)和B類(乙類)的結(jié)合，每個器件的導(dǎo)通時間在50—100％之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。這一類作為輸出級時，需要在開始設(shè)