.d類功率放大器

#/6一．原理D類功率放大器D類功放也稱為數(shù)字功放，與模擬功放的主要差別在于功放管的工作狀態(tài)傳統(tǒng)模擬放大器有甲類、乙類、甲乙類和丙類等.一般的小信號放大都是甲類功放，即A類，放大器件需要偏置，放大輸出的幅度不能超出偏置范圍，所以，能量轉(zhuǎn)換效率很低，靠信號本身來導(dǎo)通放大管，理論效率最高才理想效卒高達(dá)25%.乙類放大，也稱785%.但因?yàn)檫@樣的放大，B類放大不需要偏置，小信號時(shí)失真嚴(yán)重實(shí)際電路都要略加一點(diǎn)偏置，降.雖然高頻發(fā)射電路中還有一種丙類，即雜、音質(zhì)更差，音頻放大中一般都不采用體管都工作在線性放大區(qū)域中，形成甲乙類功放，這么一來效率也就隨之下C類放大，效率可以更高，但電路復(fù).這幾種模擬放大電路的共同特點(diǎn)是晶它按照輸入音頻信號的大小控制輸出的大小，像串在電源與輸出間的一只可變電阻，控制輸出，但同時(shí)自身也在消耗電能D類功放口用脈寬調(diào)制（PWM)□□□□,□□□□□□□□□□□.在理想情況下，功放管導(dǎo)通時(shí)內(nèi)阻為零，兩端沒有電壓，因此沒有功率損耗；而截止時(shí)，內(nèi)阻無窮大，電流又為零，也沒有功率損耗.它在實(shí)際的工作中的功率消耗主要由兩部分構(gòu)成：轉(zhuǎn)換損耗和1-1所示：I2R損耗.□□□□□□轉(zhuǎn)換損耗區(qū)當(dāng)開關(guān)式放大器輸出在換，或斷開和接通之間切換時(shí)通過線性區(qū)域而消耗功率果采用的是金屬氧化物半導(dǎo)體場效應(yīng)晶體管（圖1-1轉(zhuǎn)換損耗的產(chǎn)生□□□□□□□ 1。，所以時(shí)，D類放大器的效率在達(dá)到65％到80％左右，約為D□□□□□□□□□器一般用于數(shù)字音響領(lǐng)域，如I2R80％到損耗相對來說還是很小的90％的范圍內(nèi)AB□□□□□□□以上D類放大器與模擬CD信號的功率放大前置放大級、放大是PWM調(diào)制、功率放大與低通濾波四個(gè)部分（1）采用PWM調(diào)制芯片產(chǎn)生PWM調(diào)制的一般方案有：PWM信號，號，但一般對電源有要求，型號為方波 .（2）自己搭建不利于整機(jī)單接通和斷開之.在D□□□□□□□□MOSFET管）,□□□□□□□□□.當(dāng)達(dá)到最大額定功率.在典型的聽音條件下，效率也可D類放大器兩類，數(shù)字5v供電，PWM□□□,□□□□□□□□□□□□1．PWM調(diào)制分析（1）從能量的角度來看，在每個(gè)間切D類放大.模擬D類放大器一般可分為.其中PWM□□□□□此類芯片可方便的產(chǎn)生并且很多情況下產(chǎn)生的PWM信PWMPWM信號RLC)后，其RLC)后，其效果與響應(yīng)的正弦波相同 .(2)從頻域角度分析，三角波經(jīng)過調(diào)制得到典型的正弦脈寬調(diào)制波形：對于信號頻率為這種周期信號的頻譜對應(yīng)離散譜，f，載頻頻率為

0□□□□□□□□ f,nf□ng(1,8)□□□□01波器后，載頻衰減極大，容易分離出語音信號2D類功放的交越失真理論上D類功放在信號處理上不存在失真，的幅度變化轉(zhuǎn)變成等幅脈沖的脈沖寬度變化，變化上，即使波形有所畸變也可通過波形校正電路進(jìn)行校正，.當(dāng)時(shí)，調(diào)制信號通過低通濾因?yàn)橥ㄟ^PWM□□□□□□□□音頻信號的所有信息都包含在脈寬以保證還原后音頻信號不失真 .但事實(shí)并非如此，從音頻信號的脈寬調(diào)制到功率音頻信號的輸出，每一個(gè)環(huán)節(jié)都可能產(chǎn)生失真，其中危害最大的當(dāng)數(shù)交越失真 .□1)PWM□□□□□□□在音頻信號的脈寬調(diào)制電路中， 由于語音、 音樂信號波形的不規(guī)則性、 不對稱性， 常需要將時(shí)間軸上方的波形和時(shí)間軸下方的波形分別進(jìn)行脈寬調(diào)制， 雖然□□□□□AB類功放的偏置電壓，但需考慮推挽管在交替導(dǎo)通時(shí)必須有一定的時(shí)間間隔，否則會出現(xiàn)兩只功率管的直通現(xiàn)象，所以這種電路本身也需要死區(qū)既然存在死區(qū)，就不可避免地會產(chǎn)生交越失真 .SPWM□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□,□□□ SPWM□□,□□□□□驅(qū)動電路去驅(qū)動全橋或半橋電路， 在正負(fù)半周的交界處有較為明顯的空檔， 說明PWM信號的有些脈沖在經(jīng)開關(guān)的死區(qū)時(shí)間時(shí)丟失了 .一般來說，功率管的額定功率越大，最高開關(guān)頻率就越低.音頻信號幅度很小時(shí)，調(diào)制后對應(yīng)的脈沖很窄，率越大，最高開關(guān)頻率就越低.音頻信號幅度很小時(shí)，調(diào)制后對應(yīng)的脈沖很窄，功率管沒有足夠高的開關(guān)頻率，則無法將其分辨出來.□□□□□□,PWM功率管沒有足夠高的開關(guān)頻率，則無法將其分辨出來.□□□□□□,PWM脈沖就越窄，交越失真越嚴(yán)重 .3．原理方框圖□□□□□□ D類功放的原理框圖如圖 1-2所示.圖1-3□□□□□□□□□□□,□□□ a■輸入信號； (b)為鋸齒波與輸入信號進(jìn)行比較的波形；

；□d）為功率放大器放大后的脈寬脈沖；圖1-2D類功放原理方框圖□c）為調(diào)制器輸出的脈沖（口寬波形）□e）為低通濾波后的放大信號8-1圖1-3各點(diǎn)波形二．具體電路根據(jù)圖1-2采用模擬PWM□□□□□□□□□□□,所設(shè)計(jì)的具體電路如□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□D題要求）：1；□d）為功率放大器放大后的脈寬脈沖；圖1-2D類功放原理方框圖□c）為調(diào)制器輸出的脈沖（口寬波形）□e）為低通濾波后的放大信號8-1圖1-3各點(diǎn)波形二．具體電路根據(jù)圖1-2采用模擬PWM□□□□□□□□□□□,所設(shè)計(jì)的具體電路如□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□□D題要求）：1．三角波產(chǎn)生電路：三角波是對輸入音頻信號進(jìn)行抽樣的載波，因?yàn)橐纛l信號頻率是從20Hz到20kHz，為了達(dá)到較好的還原效果，及整機(jī)復(fù)雜度， 在這里三角波的頻率選取三角波頻率應(yīng)該遠(yuǎn)大于音頻150k，利用雙運(yùn)放.綜合考慮保真度NE5532來完成三角波產(chǎn)生電路 .前一級運(yùn)放構(gòu)成施密特觸發(fā)器，輸出為高電平為 VCC低電平為零的方波.后一級運(yùn)放與C構(gòu)成積分器，當(dāng)前一級產(chǎn)生的方波占空比為50％時(shí)，輸出為上升下降時(shí)間相等的三角波流電平一致，所以這里用電位器來調(diào)節(jié)其直流電平三角波的幅值為：.電路圖如圖 2-1所示VoutV義20Vout———二0.45V220三角波的頻率為：

f=—R—=159kHz4RRC圖2－1三角波產(chǎn)生電路2．前置放大電路：因?yàn)檩斎氲囊纛l信號幅度比較小，所以要先前置放大再與三角波進(jìn)行比較通過調(diào)節(jié)反饋電阻的大小就可以實(shí)現(xiàn)增益 0到20倍可調(diào) .因?yàn)檎麄€(gè)功率放大電路都使用5v供電，而輸入信號有正有負(fù)，所以在輸入端要對信號加上 2.5v的直流偏置.電路圖如圖 2-2所示.圖2－2前置放大電路3．PWM調(diào)制電路：利用高精度的比較器 LM311對輸入信號和三角波進(jìn)行比較，通過調(diào)節(jié)同相端的電位器可以調(diào)節(jié)輸入信號的直流電平， 必須保證輸入信號與三角波的直流電平相等，才能使最終經(jīng)濾波后得到的波形不失真 .因?yàn)長M311的輸出端是集電極

開路結(jié)構(gòu)，所以必須加上拉電阻.電路圖如圖2-3所示圖2.電路圖如圖2-3所示圖2－3比較電路從PWM調(diào)制器出來的PWM波形的上升下降時(shí)間有點(diǎn)大，所以要通過非門來整形.如果直接將非門輸出的信號接到場效應(yīng)管的柵極，電壓會被拉低，所以要加三極管來驅(qū)動 .通過非門并聯(lián)的方式來增加電流來驅(qū)動三極管的基極，三極圖2－4驅(qū)動電路管的射極輸出再來驅(qū)動場效應(yīng)管 .圖2－4驅(qū)動電路5．H橋開關(guān)功放及低通濾波器：四個(gè)場效應(yīng)管驅(qū)動一大電流進(jìn)入低阻抗感性負(fù)載， 場效應(yīng)管輪流成對導(dǎo)通，當(dāng)一對導(dǎo)通時(shí)另一對就截止；為了避免兩對場效應(yīng)管同時(shí)處于導(dǎo)通或截止?fàn)顟B(tài)，電路應(yīng)該保證一對場效應(yīng)管導(dǎo)通和另一對場效應(yīng)管截止不會重疊， 這就要求從前

面的驅(qū)動電路出來的信號上升下降時(shí)間很短.面的驅(qū)動電路出來的信號上升下降時(shí)間很短.受調(diào)制的方波總是使功率開關(guān)管盡可能快的改變狀態(tài)，縮短了場效應(yīng)管工作在線性工作區(qū)的時(shí)間， 使效率大大提高濾波器的作用是濾除載波，使輸入的音頻信號完全通過 .所以設(shè)計(jì)濾波器要使20到20kHz的通頻帶盡可能平坦， 150k的載波要衰減盡可能大 .在這里使用圖2口5圖2口5H橋互補(bǔ)對稱輸出 、低通濾波電路6．信號變換電路