【正文】 ：《音頻功率放大器》，《電子世界》，2003年08期。參考文獻(xiàn)1. ：北京理工大學(xué)出版社，2003年01期。然后還要感謝大學(xué)幾年來(lái)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)。 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(lái)完成此次畢業(yè)設(shè)計(jì)，并承擔(dān)了大部分的工作量。他以嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)之道，寬厚仁慈的胸懷，積極樂(lè)觀的生活態(tài)度；兢兢業(yè)業(yè)，孜孜以求的工作作風(fēng)和大膽創(chuàng)新的進(jìn)取精神為我樹(shù)立了學(xué)習(xí)典范，他的教誨與鞭策將激勵(lì)我在學(xué)習(xí)和生活的道路上勵(lì)精圖治，開(kāi)拓創(chuàng)新。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)階段都傾注著老師的心血，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(guò)程中都給予了我們悉心的指導(dǎo)。但由于經(jīng)驗(yàn)的匱乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒(méi)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。從最初的選題，開(kāi)題到寫論文直到完成論文。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)。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(guò)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。這一技術(shù)一經(jīng)問(wèn)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。D類音頻功率放大器是PWM型功率放大器，符合上述要求。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。 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(wú)用分量的功率譜不像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。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。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。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(kāi)關(guān)狀態(tài)，功率和D類功放相當(dāng)。 （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。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）晶體管在接通和關(guān)閉的過(guò)程中，接地點(diǎn)的電位會(huì)出現(xiàn)波動(dòng)，從而增大噪音 （2）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)。W/(VDD/100 x η)，只有幾個(gè)微安。W的額外功率。例如，在AB類器件中，8mV的直流失調(diào)電壓通過(guò)8?負(fù)載會(huì)額外消耗1mA的電流。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。不要用VREG作為系統(tǒng)周圍元件的6V電源。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。H時(shí)可以獲得最佳效率。H范圍內(nèi)。典型的8?揚(yáng)聲器等效串聯(lián)電感在30181。為獲得最佳效果，可以用一個(gè)等效串聯(lián)電感大于30181。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。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。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(guò)大。 圖61 MAX9704 效率與AB 類效率的對(duì)比 應(yīng)用信息1. 無(wú)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)。理論上線性放大器的最佳效率為78%，不過(guò)該效率僅出現(xiàn)在輸出功率的峰值處。在D類放大器中，輸出晶體管用作電流調(diào)整開(kāi)關(guān)，消耗的額外功率可以忽略不計(jì)。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)。該器件也可以配置為單端輸入放大器。獨(dú)特的無(wú)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。MAX9703是單聲道放大器，MAX9704是立體聲放大器。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。C至+85176。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。MAX9703/MAX9704具有80dB的高PSRR，%的低THD+N，以及超過(guò)95dB的SNR。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。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%。低通濾波器按照組成元件通?？煞譃長(zhǎng)C、RC型，RC又可分為無(wú)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。2． 低通濾波采用開(kāi)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(kāi)關(guān)功率級(jí)輸出的高頻PWM信號(hào)中包含有音頻信號(hào)。 缺點(diǎn)是負(fù)載上的高頻載波電壓得不到充分衰減。 互補(bǔ)PWM開(kāi)關(guān)驅(qū)動(dòng)信號(hào)交替開(kāi)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。 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。 (a)雙極性PWM (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)。在阻抗分別為2Ω、4Ω、8Ω、16Ω、32Ω、空載等情況下，雙極性PWM與單極性PWM經(jīng)LC濾波后的20～20kHz 幅頻特性曲線對(duì)比如圖527。相關(guān)參數(shù)如下：PWM 頻率：350～400kHz；音頻信號(hào)：1kHz；負(fù)載：8Ω純電阻；LL2：15μH；CC2 ：。H 橋式電路輸出PWM波的極性不同，會(huì)對(duì)濾波器輸出產(chǎn)生影響。 圖522 單極性PWM 占空比為50%波形 圖523 單極性PWM 占空比變化與濾波后波形④． LC 濾波特性為了從PWM 波中恢復(fù)音頻信號(hào)，要采用LC元件對(duì)PWM 進(jìn)行濾波，LC 參數(shù)要根據(jù)負(fù)載阻抗、PWM頻率、音頻帶寬、高頻噪聲等因素進(jìn)行設(shè)計(jì)。 圖520 雙極性PWM 占空比為50%波形 圖521 雙極性PWM 占空比變化與濾波后波形③．單極性PWMH橋式電路輸出的兩路PWM 波是同相的，圖522所示為50%占空比，輸入為零的情況，PWM1與PWM2 的相位差為零。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(dòng)信