利用MOSFET实现D类功放仿真实验报告1

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1、D类音频功率放大器的设计报告指导老师：王全州报告人：赵金龙制作者：赵金龙程进功时间：2010年8月25日1、引言在现代音响普及中，人们因生活层次、文化习俗、音乐修养、欣赏口味的不同，对相同电气指标的音响设备得岀不同的评价。所以，就高效率音频功率放大器而言，应当达到电气指标与实际听音指标的平衡统一。音频放大器已有快一个世纪的历史了，从最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器，然而直至现在为止，他还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基木的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改

2、进。根据其工作状态可分为5类。即A（甲）类、AB（甲乙）类、B（乙）类、C（丙）类和D（T）类。一般的小信号放大都是甲类功放，即A类，放大器件需要偏置，放大输出的幅度不能超出偏置范围，所以，能量转换效率很低，理论效率最高才。乙类放大，也称B类放大不需要偏置，靠信号木身来导通放大管,理想效率高达。但因为这样的放大，小信号时失真严重，实际电路都要略加一点偏置，形成甲乙类功放，这么一来效率也就随之下降。虽然高频发射电路中还有一种丙类放大，即C类放大，效率可以更高，但电路复杂、咅质更差，咅频放大中一般都不采用。这几种模拟放大电路的共同特点是晶体管

3、都工作在线性放大区域中，它按照输入音频信号的大小控制输出的大小，就像串在电源与输出间的一只可变电阻，控制输出，但同时自身也在消耗电能。数字功放的功放管工作在开关状态，理论状态晶体管导通时内阻为零，两端没有电压，当然没有功率消耗而截止时，内阻无穷大，电流又为零，也不消耗功率。所以作为控制元件的晶体管本身不消耗功率，电源的利用效率就特别高。在音频功放领域中，C类功放是用于发射电路中，不能直接采用模拟信号输入，其余4种均可直接采用模拟音频信号输入，放大后将此信号用以推动扬声器发声。进入21世纪以后，各种携带型的电子设备成为电子设备的一种重要的发

4、展趋势。从作为通讯工具的手机，到作为咅乐设备的MP3播放机，已经成为差不多人人具备的携带型电子设备。所有这些携带型电子设备的一个共同点就是都有音频输出也就是都需要有一个音频放大器；另外一个特点就是他们都是电池供电的，都希望能够有较长的使用寿命，就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了，它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。高频功率放大器是无线电发送设备的重要组成部分。它的主要任务是放大高频信号使其达到足够的功率，以满足天线辐射的需要或技术指标要求。高频功率放大器不仅应用于各种类型的发射机中，而且许多电子设备，如

5、功率信号源、高频大功率加热设备和高频换流器等，也到广泛的应用到。高频功率放大器的主要指标有输出功率、效率、功率增益、带宽和谐波抑制等。由于发射机的输出功率和效率主要取决于高频功率放大器，对同一发射机来说，效率的提高意味着输出功率的增大，当输出功率一定时，效率的提高使消耗的电源功率减小，管子的耗散功率降低。这对于节省能源、使用较小的功率管输出较大的功率、减小设备体积和重量都有颇大的实际意义。因此，提高功率放大器的效率一直是人们关注的重要话题，它推动了功率放大技术的不断发展。1.1背景数字功放也称D类功放，与模拟功放的主要差别在于功放管的工作

6、状态。它只有两种状态，即通、断。如图所示，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，得到所需要的音频数字编码格式，经过小信号数字驱动屯路送入开关功率放大电路进行功率放大，最后将功率脉冲信号通过LC低通滤波器，提取模拟音频信号。由于输岀管工作在高频开关状态，故具有极高的效率,理论上可以达到100%,实际电路可以达到75%-95%。图1.1D类音频功放电路的组成框图咅频编码可以从两种途径获得，一是对模拟咅频信号进行模数变换直接生成PWM数字音频；二是对其它编码的数字音频，如CD的PCM编码，通过数字信号处理技术变换成PWM码。

7、获得后用此信号去控制开关型晶体管。现在一般都用小信号就能控制大电流的开关型功率MOSFET,由功率管输出一个大能量的PWM信号。输岀电压的大小由电源电压高低决定，输岀的电流由负载扬声器的阻抗和屯路形式决定。功率管工作在开关状态，只要开关特性好，线性要求几乎没有,制造成本比音响对管低，工业控制上这类已用得很普遍，取材方便。由于开关管导通时的饱和压降和截止时的漏电流也会损失一些电能，但总效率仍有百分之九十儿，为各类放大电路效率之冠。传统D类的PWM调制，信号精度完全依赖于脉宽精度，大功率下的脉宽精度远远不能满足要求。因此必须研究真正意义的数字

8、功放，即全（纯）数字功率放大器。数字功放是新一代高保真的功放系统，它将数字信号进行功率转换后，通过滤波器直接转换为音频信号，没有任何模拟放大的功率转换过程。在开关功率放大部分，采用了驱动缓冲器