毕业设计论文D类音频功率放大的设计.doc

Liaoning Normal University （2010届） 本科生毕业论文(设计) 题 目：D类音频功率放大器的设计 专 业：电子信息工程 学 号： 学生姓名： 指导教师： 年 月 摘要 数字功率放大器代表着音响技术数字化的新台阶具有模拟功率放大器不可比拟的优势，本系统以高效率D类功率放大器为核心，输出开关管采用高速VMOSFET管，连接成互补对称H桥式结构，最大不失真输出功率大于1W，平均效率可达到70％左右。D类放大器包括脉宽调制器和输出级。 本文首先介绍了声音的基本特性、音响放大器的技术指标、放大器分类和D类放大器的工作原理，接着进行了D类功放的仿真分析，包括PWM波的形成、频谱分析等等；然后设计了基于MAXIM公司的10W立体声/15W单声道集成芯片MAX9703/MAX9704的D类放大器，并对D类功放的发展与技术展望进行了描述。 在本文里，对放大器的各个模块包括放大电路、比较器电路、三角波产生电路、驱动电路等进行了设计和仿真，且达到了预先设定的指标。 关键词: D类放大器 脉宽调制 高速开关电路 低通滤波 目录 1 引 言……………………………………………………………………………… 4 2 音响的基础知识 4 2.1 声音的基本特性 6 2.2 音响的结构及参数 6 2.3 放大器的技术指标 6 3 放大器的简介 7 4 D类功放的原理及仿真 9 4.1 D类功放的工作原理 9 4.2 D类功放的EDA仿真 11 4.2.1 EDA仿真概述 11 4.2.2 D放大器原理仿真概述 12 4.2.3 输入信号抽样――PWM波的形成仿真 13 4.2.4 输出信号PWM波的频谱仿真分析 13 4.3 D类功放的优点 14 5 D类功放的硬件设计 15 5.1 D类功放的设计原理 15 5.2 D类功放电路分析与计算 18 5.2.1脉宽调制器（PWM） 18 5.2.2 前置放大器 20 5.2.3 驱动电路 21 5.2.4 高速开关电路 21 5.2.5 低通滤波 26 6 MAX9703/MAX9704单声道/立体声D类音频功率放大器 30 6.1 概述 30 6.2 MAX9703/MAX9704详细说明 30 6.2.1 工作效率 30 6.2.2 应用信息 31 7 D类功放的发展与技术展望 33 7.1 D类功放的不足 33 7.2 D类功放的必威体育精装版发展——T类功率放大器 33 结论 34 致谢 35 参考文献 36 1 引 言 当今音响数字化技术以大部分应用在音响设备中。如作为音源的CD、DAT、MD、DVD等，数字调音台以及数字效果器、压限器、激励器等周边设备也被一些专业场所使用。而音响系统最后环节的功率放大器和扬声器却仍然徘徊在数字化的大门外。人们永无止境的追求音响重放高保真度，而模拟功率放大器经过了几十年发展以很难有新的突破，随着生活水平的提高，人们逐渐关注环保与能量的利用率的问题，因此，人们再一次把目光投向数字功放。 早在20世纪60年代末期其实就有人研究数字放大器，为什么音响发展了数十年，一直没有其产品面世？究其原因，是在数字音频放大器的设计与制作过程中，最大的难题就是高速转换控制系统。因为其需要极高的精确度，但在如何解决脉冲调制放大在工作时提供持续稳定的线性响应，以及如何避免产生辐射脉冲干扰等方面难以取得突破，故使脉冲调制型放大器在音响应用领域一直停滞不前。如今，随着脉冲调制放大电路的技术瓶颈被逐渐解决，数字放大器的优点日渐突显，推陈出新，人们越来越关注它了。 对功率放大器的普遍要求是低失真，大功率，高效率。模拟功率放大器通过采用优质元件，复杂的补偿电路，深负反馈，使失真变得很小，但大功率和高效率难以解决。但工作在开关状态下的D类功率放大器却很容易实现。 传统的音频功放工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但面对较大功率，对功率器件构成极大威胁。功率输出受到限制。此外，模拟功率放大器还存在以下的缺点: 1.电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路，体积较大，电路复杂。 2.效率低，输出功率不是很大。 D类开关音频功率放大器的工作基于PWM模式:将音频信号与采样频率比较，经自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOS的栅极，控制功率器件的开关，实现放大，将放大的PWM送入滤波器，则还原为音频信号。 D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易