课程设计--D类功放

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1、广西交通职业技术学院信息工程系期考作品报告书题目：D类功放课程课程设计班级学号姓名任课教师二OO九年一月第14页共15页摘要：在音响领域里人们一直坚守着A类功放的阵地。认为A类功放声音最为清新透明，具有很高的保真度。但是，A类功放的低效率和高损耗却是它无法克服的先天顽疾。B类功放虽然效率提高很多，但实际效率仅为50%左右，在小型便携式音响设备如汽车功放、笔记本电脑音频系统和专业超大功率功放场合，仍感效率偏低不能令人满意。所以，效率极高的D类功放，因其符合绿色革命的潮流正受着各方面的重视。由于集成电路技术的发展，原来用分立元件制作的很复杂的调制电路，现在无论在技术上还是在价格上均已不

2、成问题。而且近年来数字音响技术的发展，人们发现D类功放与数字音响有很多相通之处，进一步显示出D类功放的发展优势。D类功放是放大元件处于开关工作状态的一种放大模式。无信号输入时放大器处于截止状态，不耗电。工作时，靠输入信号让晶体管进入饱和状态，晶体管相当于一个接通的开关，把电源与负载直接接通。理想晶体管因为没有饱和压降而不耗电，实际上晶体管总会有很小的饱和压降而消耗部分电能。这种耗电只与管子的特性有关，而与信号输出的大小无关，所以特别有利于超大功率的场合。在理想情况下，D类功放的效率为100%，B类功放的效率为78.5%，A类功放的效率才50%或25%（按负载方式而定）。D类功放实际

3、上只具有开关功能，早期仅用于继电器和电机等执行元件的开关控制电路中。然而，开关功能（也就是产生数字信号的功能）随着数字音频技术研究的不断深入，用与Hi-Fi音频放大的道路却日益畅通。20世纪60年代，设计人员开始研究D类功放用于音频的放大技术，70年代Bose公司就开始生产D类汽车功放。一方面汽车用蓄电池供电需要更高的效率，另一方面空间小无法放入有大散热板结构的功放，两者都希望有D类这样高效的放大器来放大音频信号。其中关键的一步就是对音频信号的调制。第14页共15页目录一、设计任务与要求31.1任务31.2基本要求3二、期考作品设计方案论证与比较32.1高效率功率放大器32.2脉宽

4、调制器（PWM）42.3高速开关电路42.4开关管的选择5三、主要电路工作原理分析与计算63.1D类放大器的工作原理63.2D类功放各部分电路分析与计算73.2.1脉宽调制器73.2.2显置放大器电路如图：1193.2.3比较器93.2.4驱动电路103.2.5H桥互补对称输出电路如图：1311四、期考作品设计制作总结114.1硬件调试的总结114.2作品总结12五、致谢词12六、参考资料13附录：电路元件清单14第14页共15页一、设计任务与要求1.1任务设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量。功率放大器的电源电压为+5V（电路其他部分的电源电压不限），负载为8Ω电阻。

5、1.2基本要求功率放大器a．3dB通频带为300~3400Hz，输出正弦信号无明显失真b.最大不失真输出功率≥1Wc．输入阻抗＞10kΩd．低频噪声电压(20KHz以下)≤10mV,在电压放大倍数为10、输入端对地交流短路时测量e．在输出功率500mW时测量的功率放大器效率（输出功率/放大器总功耗）≥50%发挥部分a.3dB通频带扩展至300~20KHzb.输出功率保持为200mW,尽量提高放大器效率c.输出功率保持为200mW，尽量降低放大器电源电压二、期考作品设计方案论证与比较根据设计任务的要求，本系统的组成如图3所示。下面对每个方框内电路的设计方案分别进行论证与比较。2.1高

6、效率功率放大器(1)高效率功放类型的选择第14页共15页方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功放的效率均达不到题目的要求。方案二：采用D类功率放大器。D类功率放大器是用音频信号的幅度去线性调制高频脉冲的宽度，功率输出管工作在高频开关状态，通过LC低通滤波器后输出音频信号。由于输出管工作在开关状态，故具有极高的效率。理论上为100%，实际电路也可达到80%~95%，所以我们决定采用D类功率放大器。(2)高效D类功率放大器实现电路的选择本题目的核心就是功率放大器部分，采用何种电路形式以达到题目要求的性能指标，是我们成功的关键。2.2脉宽调制器（PWM）方案一：可选用专用的脉

7、宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利于本题发挥部分的实现。方案二：采用图3所示方式来实现。三角波产生器及比较器分别采用通用集成电路，各部分的功能清晰，实现灵活，便于调试。若合理的选择器件参数，可使其能在较低的电压下工作，故选择此方案。2.3高速开关电路A．输出方式方案一：选用推挽单端输出方式（电路如图4所示）。电路输出载波峰-峰值不可能超过5V电源电压，最大输出功率远过不到题目的基本要求。第14页共15页方案二：选用H桥型输出方式（电路如图5所示）。此方式可充分