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1、第33卷第6期山东大学学报(工学版)2003年12月Vol.33No.6JOURNALOFSHANDONGUNIVERSITY(ENGINEERINGSCIENCE)Dec.2003文章编号:1672-3961(2003)0620665205D类音频功率放大器设计姚福安,万鹏(山东大学控制科学与工程学院,山东济南250061)摘要:论述了D类音频功率放大器的工作原理及设计原则.利用计算机辅助设计软件设计并仿真出一款D类功率放大器,同时实际制作出该电路,经实际测试:证明该放大器完全可满足设计要求,高效率是D类音频功率放大器所具有的最大优点.关键词:D类功率放大器;脉宽调制;逆变
2、器;滤波器;计算机辅助设计中图分类号:TN72文献标识码:AThedesignonclass2Daudio2frequencypoweramplifierYAOFu2an,WANPeng(SchoolofControlSci.&Eng.,ShandongUniv.,Jinan250061,China)Abstract:Theprincipleanddesignregulationofclass2Daudiopoweramplifierisdiscussed.Aclass2Daudiopoweramplifierisdesignedandsimulatedusingcomput
3、erassistantdesignsoftware.Thecircuitisdone.Theresultofexperimentsshowsitfullyissatisfactoryandhasadvantageofhighefficiencythroughmeasure.Keywords:class2Dpoweramplifier;pulse2width2modulation;inverters;filter;computerassistantdesign是输出信号的动态范围小、效率低,理想情况下其效0引言率为50%,考虑到晶体管的饱和压降及穿透电流造成的损耗,A类功率放大
4、器的最高效率仅为45%左衡量一套音响设备的主要性能一是它的频率特右.B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器性指标,包括频率响应、谐波失真度和互调失真度;件的导通时间为50%,它的优点是效率理想情况下二是它的时间特性指标,包括瞬态响应、瞬态互调失可达78.5%,但缺点会产生交越失真,增加噪声.AB真和阻尼系数;三是信号噪声比、最大输出动态范类(甲乙类)功率放大器是以上两种放大器的结合,围、最大功率和效率.尤其第三方面的性能指标主要使每个功率器件的导通时间在50%～100%.此类由功率放大器实现,传统的功率放大器主要有A类放大器目前最为流行,它兼顾了效率和失真两方面[1](甲类
5、)、B类(乙类)和AB(甲乙类).A类功率放的性能指标,在设计该功率放大器时要设置功率晶大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率体管的静态偏置电路,使其工作在甲乙类状态.随着放大器件,它的优点是输出信号的失真比较小,缺点半导体及微电子制造技术的不断发展,高速、大功率收稿日期:2002212203作者简介:姚福安(19632),男,副教授,硕士生导师.主要研究方向:电子设计自动化及电子技术应用;运动控制技术及电力电子应用等领域.666山东大学学报(工学版)第33卷器件已越来越多,人们对音频功率放大器的要求更分,在负载RL两端可得到功率放大的音频信号u0.加趋向高效、节能和小
6、型化,所以D类(丁类)音频1.2设计要求功率放大器越来越受到人们的重视.此类放大器的要设计的一D类音频功率放大器的性能指标功率器件受一高频脉宽调制(PWM)脉冲信号的控如下.制,使其工作在开关状态,理论上其效率可达1.功率放大器的电源电压为+5V(前置放大及100%.其不足之处会产生高频干扰及噪声,但若精控制电路不限),等效负载电阻RL=8Ω.心设计低通滤波器及合理选择元件参数,其音质效2.通频带宽度BW为:300～10000Hz.果完全能与AB类线性功率放大器相比拟.3.最大不失真输出功率POR≥1W.4.在POR下的效率η≥85%.1工作原理及要求5.在前置放大级输入端交
7、流接地时,负载RL上的低频噪声电压≤10mV.1.1工作原理6.前置放大器的输入阻抗RI≥10kΩ,电压放大D类音频功率放大器的工作原理框图如图1所倍数AVf=(1～20)连续可调.示.将音频信号对一线性良好的高频三角波进行调制,既形成一PWM(脉冲宽度调制)波形.D类音频7.该功率放大器具有输出短路保护功能.放大器一般采用异步调制方式,既在调制信号(音频2设计要点及仿真信号)周期发生变化时,高频载波信号周期仍保持不变.这种调制方式的优点是当音频信号频率较低时,现代电子设计广泛采用了EDA(电子设计自动
