课程设计--D类功放.docVIP

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 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。 目录 一、设计任务与要求 3 1.1 任务 3 1.2 基本要求 3 二、期考作品设计方案论证与比较 3 2.1 高效率功率放大器 3 2.2 脉宽调制器（PWM） 4 2.3 高速开关电路 4 2.4 开关管的选择 5 三、主要电路工作原理分析与计算 6 3.1 D类放大器的工作原理 6 3.2 D类功放各部分电路分析与计算 7 3.2.1 脉宽调制器 7 3.2.2 显置放大器电路如图：11 9 3.2.3 比较器 9 3.2.4 驱动电路 10 3.2.5 H桥互补对称输出电路如图：13 11 四 、期考作品设计制作总结 11 4.1 硬件调试的总结 11 4.2 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 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。 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≥1W c．输入阻抗＞10kΩ d．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300~20KHz b.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 高效率功率放大器 (1) 高效率功放类型的选择 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：可选用专用的脉宽调制集成块，但通常有电源电压的限制，不利