D 类放大高效率音频功率放大器电路图原理
D类音频功率放大器的设计方案与测试
D 类音频功率放大器的设计与测试
本系统由咼效率功率放大器（D 类音频功率放大器）、信号变换 电路、外接测试仪表组成，系统框图如图 1所示。
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图1系统方框图
1. D 类功放的设计
D 类放大器的架构有对称与非对称两大类， 在此讨论的D 类功 放针对的是对功率、体积都非常敏感的便携式应用，因此采用全电桥 的对称型放大器，以充分利用其单一电源、系统小型化的特点。 D 类 功率放大器由PWM 电路、开关功放电路及输出滤波器组成，原理框 图如图2所示。
采用了由比较器和三角波发生器组成的固定频率的 PWM fe 路，用 输入的音频信号幅度对三角波进行调制，得到占空比随音频输入信号 幅度储号变
挟电路
变化的方波，并以相反的相位驱动上下桥臂的功率管，使功率管一个导通时另一个截止，再经输出滤波器将方波转变为音频信号，推动扬声器发声。采用全桥的D类放大器可以实现平衡输出，易于改善放大器的输出滤波特性，并可减少干扰。全桥电路负载上的电压峰峰值接近电源电压的2倍，可采用单电源供电。实现时，通常采取2路输出脉冲相位相反的方法。
图2 D类音频功率放大器组成框图
D类功率放大器的工作过程是：当输入模拟音频信号时，模拟
音频信号经过PWM调制器变成与其幅度相对应脉宽的高频率PWM脉冲信号，控制开关单元的开/关，经脉冲推动器驱动脉冲功率放大器工作，然后经过功率低通滤波器带动扬声器工作。
2.比较器
比较器电路米用低功耗、单电源工作的双路比较器芯片 LM311构 成。此处为提高系统效率，减少后级 H 桥中CMOS 管不必要的开合, 用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下半部进行比 较，当正端上的电位高于负端的电位时，比较器输出为高电平，反之 则输出低电平。这样产生两路相互对应的PWM 波信号给后级驱动电路 进行处理，双路比较电路如图3所示。
D类功放的原理
D类功放的原理
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
D类功放的原理
D类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20kHz）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的MOSFET，近年来又出现了集成前置驱动电路，如Harris公司的HIP4080，从而推动了D类功放的实用发展。D类功放所用的MOSFET为N沟道型，因为N型沟道MOSFET的导通损耗仅为相应规格的P沟道MOSFET的1/3。
传统的音频功率放大器有A类、AB类、B类、C类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常AB类放大器的效率不会超过60%。
采用D类开关放大电路可明显提高功放的效率。D类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。典型的D类功放可提供200W输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。
D类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进D类功放的性能还将有所提高。另外，D类功放不存在交越失真。
D类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的D类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈信号送入积分器。积分器兼有滤波作用，输出修正信号送占空比调制器，占空比调制器由比较器和三角波发生器组成[图1(b)]，用修正信号对三角波进行调制产生调制输出，推动功率管工作。负反馈应取自低通滤波器之前，否则因滤波后的信号与输入的信号有相位差（二阶滤波器可能引起180°的相位差），可能引起电路自激，需采用复杂的相位补偿电路。
d类功放原理
d类功放原理
D类功放原理。
D类功放（Class-D Amplifier）是一种高效率的功率放大器，它利用数字调制
技术将音频信号转换成脉冲宽度调制（PWM）信号，然后通过功率开关器件进行
放大。与传统的A类、B类功放相比，D类功放具有更高的效率和更小的体积，因此在音响设备、汽车音响和无线通信等领域得到了广泛的应用。
D类功放的工作原理可以简单地分为两个部分，信号调制和功率放大。
首先，音频信号经过模数转换器（ADC）转换成数字信号，然后经过数字信号处理器（DSP）进行数字调制，将其转换成PWM信号。PWM信号的脉冲宽度与
音频信号的幅度成正比，频率与音频信号的频率相同。这样就实现了对音频信号的数字化处理。
接下来，PWM信号通过功率开关器件（如MOSFET、IGBT）控制输出级的功率开关，将电源电压施加在负载上，从而实现对音频信号的功率放大。在输出级，PWM信号经过滤波器进行滤波处理，去除高频成分，得到原始的音频信号。最后，经过放大器输出到扬声器或其他负载上。
D类功放相比传统的A类、B类功放具有很多优点。首先，D类功放的效率非
常高，通常可以达到90%以上，而A类、B类功放的效率只有50%左右。这意味
着D类功放在同样输出功率下，可以减少很多功率损耗，从而减小散热器的尺寸
和成本。其次，D类功放的失真度较低，因为功率开关器件的开关速度非常快，可以更准确地跟随音频信号的变化，减少失真。此外，D类功放的体积小、重量轻，适合于便携式音响设备和汽车音响系统的应用。
然而，D类功放也存在一些缺点。首先，由于功率开关器件的开关频率较高，
D类功放原理(经典!!)
1D 类音频功率放大器
美国Power Analog 微电子公司
首席科学家
茅于海
2放大器的分类（一）
甲类放大器:效率约为
20%
3放大器的分类（二）
乙类放大器:效率约为
50%
4放大器的分类（三）
甲乙类放大器:效率约为
50%
5放大器的分类（四）
●
甲类放大器－失真最小，静点工作电流最大，效率最低●
乙类放大器－失真较大，静点工作电流最小，效率较高●
甲乙类放大器－失真中等，静点工作电流中等，效率中等●
丙类放大器－失真极大，主要用在射频调谐放大器中●D 类放大器－或丁类放大器，不是工作点的不同，而是工
作原理完全不同的新型放大器，也有人称之为数字放大器
6D 类放大器的工作原理
PWM （脉宽调制）的工作原理
8D
类放大器的原理图（一）
单端输出
9D 类放大器的原理图（二）
加负反馈的D
类放大器
10D 类放大器的原理图（三）
桥式输出(BTL)的D 类放大器
11D 类放大器的性能
●极高的工作效率，在二十瓦以内不需要散热器●最少的外部工作元件
●很小的总谐波失真（THD ＋N ）●无外部滤波器时（利用喇叭线圈作为滤波器）会产生电磁波辐射干扰（EMI ）●采用专门的无滤波器D 类放大器可以在没有输出滤波器的情况下，得到很小的静点电流和很低的电磁干扰（EMI ）
12无滤波器D 类放大器
●普通D 类放大器都需要输出低通滤波器，以滤去脉宽调制的脉冲●如果不加滤波器，会引起静点电流的增大，和EMI 的增大●无滤波器D 类放大器采用了不同的调制技术可以避免静点电流的增大，还能够减小EMI ●TI 最早在2001年提出了无滤波器技术的专利●龙鼎微电子公司在2007年申请了新的无滤波器专利，并成功地推出了PAM8803三瓦D 类功放
D类功放电路介绍(入门经典)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件〔电子管、晶体管、场效应管、集成电路等〕均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效率不会超过60%。采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大局部时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达90%以上。典型的d类功放可提供200w输出，效率达94%，谐波失真在1%~2.8%。d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改良d类功放的性能还将有所提高。另外，d类功放不存在交越失真。d类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率〔20khz〕的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分表达其优越性。20世纪80年代出现了开关速度和导通损耗满足要求的mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了d类功放的实用开展。d类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道mosfet的导通损耗仅为相应规格的p沟道mosfet的1/3。d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路与输出滤波器组成，图1(a)所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反应信号送入积分器。积分器
功率放大器原理及电路图
Icmax
ic
ic1
ic2 ic3
Ico
ωt
θc
θc
其中各系数分别为：
1
Ico 2
ic d (t )
I cma x
sinc c cosc 1 cosc
)
I cma x 0
c
1
Icm1 2
c c
ic
costd (t )
ic
当 uBE UBZ ， ic gc uBE UBZ
式中 gc为：
折线的斜率
\有
gc
Dic D u BE
uce 常数
• • -UBB
C
UBZ
ic gc U BB U bm cos t U BZ
C
ic •
gC
uBE C C ub
Ubm
+ L uc1
特性曲线与负载 RP 的关系。
ucemin
(13R)2P..动临 过较当欠态压界 大 压R工特P工工 作减性作U状作 小 曲c状1态状 线 态IcU与 1态 Rc1P临较Ic界1R大P饱和gg线dd 以 gcg及 UUc bcUUm1ubcb较m1em较大ax 小 ，对， 动应态的静 特态 征特曲性线曲与线，
(1) 丙类倍频器工作原理分析
D类功放电路介绍
D类功放电路介绍
D类功放电路的原理是通过将输入信号转换为两个电平，分别是高电
平和低电平，然后通过开关管或者MOS管进行开关操作，来输出一个脉冲
宽度变化的信号。在输出时，为了得到一个模拟的输出信号，需要通过滤
波电路来将脉冲信号转换为连续的模拟信号。
D类功放电路的一个重要特点是高效率。由于功放管工作在开关状态，只有在需要放大信号时才会进行导通，因此功耗较低。这使得D类功放电
路在电池供电、车载音频等应用场景中非常适用，可以延长续航时间并降
低能量消耗。
另一个特点是输出失真较小。D类功放电路的开关频率非常高，可以
超过20kHz，因此超出人类听觉范围。这使得D类功放电路的输出信号在
加工和滤波后，能够还原成原始输入信号，避免了传统A类功放电路的失
真问题。
然而，D类功放电路也存在一些缺点。首先，由于开关操作的特性，
输出信号常常存在一定的高频噪声和失真。其次，由于开关频率较高，需
要使用较高的采样和处理速度，使得电路的设计和制造变得更复杂和困难。最后，D类功放电路输出的功率较低，一般适用于低功率音频放大，对于
大功率音响系统来说，可能不太适用。
总的来说，D类功放电路是一种高效率、低功耗的放大电路，适用于
一些对功耗、续航时间和音频质量要求较高的应用场景。随着技术的进一
步发展，对D类功放电路的研究和改进也在不断进行，可以预见，D类功
放电路在音频行业中的应用前景将越来越广阔。
音频功率放大器原理图
音频功率放大器原理图
音频功率放大器是一种用于提高音频信号功率的电路，通常用于音响系统和放大器中。它能够将输入的低功率音频信号转换为输出的高功率音频信号，从而驱动扬声器发出更大的声音。
音频功率放大器的原理图如下所示：
（在此插入音频功率放大器原理图）。
原理图中包括输入端、放大电路、输出端和电源端。输入端接收来自音源的低功率音频信号，放大电路对该信号进行放大处理，输出端将放大后的高功率音频信号传送至扬声器，电源端则为整个电路提供所需的电源电压。
放大电路是音频功率放大器的核心部分，它通常由功率放大器芯片、电阻、电容和电感等元件组成。功率放大器芯片是最关键的部分，它能够将输入信号进行放大，并输出到扬声器。电阻、电容和电感则用于对输入信号进行滤波和匹配，以保证信号质量和稳定性。
音频功率放大器的工作原理是将输入的音频信号转换为相应的电压信号，并通过放大电路进行放大处理，最终输出为高功率音频信号。这样的设计能够满足扬声器对音频信号的驱动需求，使得音响系统能够发挥出更好的音质和音量表现。
在实际应用中，音频功率放大器可以根据需要进行不同的设计和调整，以满足不同的音响系统和放大器的要求。例如，可以根据功率放大器芯片的规格和电路参数进行合理的选择，以及根据扬声器的阻抗和灵敏度进行匹配，从而实现最佳的音频放大效果。
总的来说，音频功率放大器是音响系统和放大器中不可或缺的部分，它能够将输入的低功率音频信号转换为输出的高功率音频信号，从而驱动扬声器发出更大的
声音。通过合理的设计和调整，可以实现更好的音质和音量表现，从而提升整个音响系统的性能和体验。
D类功放电路介绍(入门经典)
传统的音频功率放大器有a类、ab类、b类、c类等几种，其功率放大器件（电子管、晶体管、场效应管、集成电路等）均工作于线性放大区域，属线性放大器，其效率普遍不高，通常ab类放大器的效
率不会超过60%。采用d类开关放大电路可明显提高功放的效率。 d类功放将音频信号转变为宽度随信号幅度变化的高频脉冲，控制功率管以相应的频率饱和导通或截止，功率管输出的信号经低通滤波器驱动扬声器发声。因功率管大部分时间处于饱和导通和截止状态，功率损耗很小，其效率可达 90%以上。典型的d类功放可提供200w 输出，效率达94%，谐波失真在
1%~2.8%。d类功放保真度不如线性放大器，但在很多场合已能满足要求，例如汽车音响系统只要求低功率输出时失真小于2%，满功率输出时小于5%，而且经过改进 d类功放的性能还将有所提高。另外，d类功放不存在交越失真。d 类开关放大器的概念源于50年前，但因其工作频率至少应为音频信号上限频率（20khz ）的4~5倍，早期采用电子管、晶体管的电路在功率、效率等方面还不能充分体现其优越性。20世纪80年代出
现了开关速度和导通损耗满足要求的 mosfet，近年来又出现了集成前置驱动电路，如harris公司的hip4080，从而推动了 d类功放的实用发展。d 类功放所用的mosfet为n沟道型，因为n型沟道 mosfet的导通损耗仅为相应规格的 p沟道mosfet的1/3。d类开关放大器由积分器、占空比调制器、开关驱动电路及输出滤波器组成，图1（a）所示的电路为采用半桥驱动的d类功放，它采用了固定频率的占空比调制器，功率管输出的方波信号与音频信号混合作为负反馈
A、B、AB、D类音频功率放大器
D类音频功率放大器(Class D Audio Power Amplifier)
近二十年来电子学课本上所讨论的放大器偏压(Bias)分类不外乎A类、B类、C类等放大电路,而讨论音频功率放大器仅强调A类、B类、AB类而却把D类放大器给忘掉了，事实上D类放大器早在1958年已被提出（注一)，甚至还有E 类、F类、G类、H类及S类等(注二),只是这些类型的电路与D类很接近，运用机会低，所以也就很少被提及.
音频功率放大器最大目的在提供喇叭得到最大功率输出，而卫衍生与电源所供给功率不对等的关系，即所谓功率放大器的效率（输出功率与输入功率之比）如表一所示：
偏压分类A类AB类B类D类
理想效率25％介于A与B类之间78.5% 100％
随着轻、薄、短、小手持电子装置的发展，诸如手机、MP3、PDA、IPOD 及LCD TV…数位家庭等，寻求一个省电的高效率音频功率放大器是必然的。因此最近几年音频功率放大器由AB类功率放大器转以D类功率放大器为主流。如图1所示(注三)，在实际应用上D类放大效率可达90％以上远超过效率50％的AB类放大。所以D类放大的晶体管散热可大大的缩小，很适合应用于小型化的电子产品。
表一各類功率放大器的效率比
圖 1 D類及AB 類效率比較
A类放大器（又称甲类放大器）的特点是不论是否输入信号，其输出电路恒有电流流通，而且这种放大器通常是在特性曲线的线性范围内操作,如图2所示，以求放大后的信号不失真。所以它的优点，是失真度小，信号越小传真度越高，最大的缺点是“功率效益"（Power Efficiency）低,最大只有25%,不输入信号时丝毫不降低消耗功率,极不适合做功率放大。但因其高传真度，部分高级音响器材仍采用A类放大器。
音频功率放大器d类音频功放ic的原理及特点
[音频功率放大器] D类音频功放IC的原理及特点
2010-12-29 23:10:12| 分类：默认分类 | 标签：效率功放 mosfet 音频信号|字号订阅
D类音频功放IC的原理及特点
1 D类音频功放IC系统结构
D类放大器由积分移相、PWM调制模块、G栅级驱动、开关MOSFET 电路、Logic辅助、输出滤波、负反馈、保护电路等部分组成。流程上首先将模拟输入信号调制成PWM方波信号，经过调制的PWM信号通过驱动电路驱动功率输出级，然后通过低通滤波滤除高频载波信号，原始信号被恢复，驱动扬声器发声，如图1所示。
2 调制级(PWM-Modulation)
调制级就是A／D转换，对输入模拟音频信号采样，形成高低电平形式数字PWM信号。图2中，比较器同相输入端接音频信号源，反向端接功放内部时钟产生的三角波信号。在音频输入端信号电平高于三角波信号时，比较器输出高电平VH，反之，输出低电平VL，并将输入正弦波信号转换为宽度随正弦波幅度变化的PWM波。这是D类功放核心之一，必须要求三角波线性度好，振
荡频率稳定，比较器精度高，速度快，产生的PWM方波上升、下降沿陡峭，深入调制措施参见文献[2]。
3 全桥输出级
输出级是开关型放大器，输出摆幅为VCC，电路结构如图3所示。将MOSFET等效为理想开关，关断时，导通电流为零，无功率消耗；导通时，两端电压依然趋近为零，虽有电流存在，但功耗仍趋近零；整个工作周期，MOSFET 基本无功率消耗，所以理论上D类功放的转换效率可接近100％，但考虑辅助电路功耗及MOSFET传导损耗，整体转换效率一般可达90％左右。因为转换效率很高，所以芯片本身消耗的热能小，温升也才很小，完全可以不考虑散热不良，因此被称为绿色能效D类功放。
IR IRS2092 1700W单路D类音频功率放大方案(完整资料).doc
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IR IRS2092 1700W单路D类音频功率放大方案
2012-10-30 22:37:47| 分类：默认分类|字号订阅
IR公司的IRS2092是集成了PWM调制器和保护的高压高性能D类音频放大器，工作频率高达800kHz，±100 V额定电压是可提供500W输出功率，主要用在家庭影院，密你立体声系统，通用音频放大器等。本文介绍IRS2092主要特性，方框图，典型连接图，典型应用电路图以及1700W单路D类音频功率放大器框图，主要特性，电路图和材料清单。
The IRS2092 is a high voltage, high performance Class D audio amplifier driver with PWM modulator and protection.
In conjunction with two external MOSFET and a few external components, a complete Class D audio amplifier with protection can be realized.
International Rectifier’s proprietary noise isolation technology allows high current gate drive stage and high speed low noise error amplifier reside on a single small silicon die.Open elements of PWM modulator section allow flexible PWM topology implementation.
D类音频功率放大器设计基础
D类音频功率放大器设计基础
D功放是基于脉冲宽度调制技术的开关放大器，包括脉冲宽度调制器(几百千赫兹开关频率)，功率桥电路，低通滤波器。本文从构成、拓扑结构对比、MOSFET的选择与功率损耗、失真和噪音产生、音频性能等D类音频功率放大器设计有关的基础问题作分析,并例举D类功率放大器参考设计。
1.D类功放基本构成
目前有很多种不同种类的功放,如：A类、B类、AB类等。但D类功放与其不同的是基本是一个开关功放或者是脉宽调制功放。为此,主要将对说明这类D类功放作以说明。
在这种D类功放中，器件要么完全导通，要么完全关闭，大幅度减少了输出器件的功耗，效率达90-95%都是可能的。音频信号是用来调制PWM载波信号，其载波信号可以驱动输出器件，用最后的低通滤波器去除高频PWM载波频率。
众所周知, A类、B类和AB类功放均是线形功放,那么D类功放与它们究竟有什么不同?我们首先应作讨论。图1是D功放原理框图，在一个线性功放中信号总是停留在模拟区，输出晶体管(器件)担当线性调整器来调整输出电压。这样在输出器件上存在着电压降，其结果降低了效率。
而D类功放采用了很多种不同的形式，一些是数字输入，还有一些是模拟输入，在这里我们将集中讨论一下模拟输入。
上面图1显示的是半桥D类功放的基本功能图，其中给出了每级的波形。电路运用从半桥输出的反馈来补偿母线电压的变化。那末D类功放是如何工作的呢?D类功放的工作原理和PWM的电源是相同的，我们假设输入信号是一个标准的音频信号，而这个音频信号是正弦波，典型频率从20Hz到20kHz范围。这个信号和高频三角或锯齿波形相比可以产生PWM信号，见图2a中所示。这个PWM信号被用来驱动功率级，产生放大的数字信号，最后一个低通过滤波器被用在这个信号上来滤掉PWM载波频率，重新得到正弦波音频信号，见图2b中所示。
D类音频功率放大器设计报告
D类音频功率放大器设计报告
设计报告：D类音频功率放大器
1.引言
2.设计目标
本次设计的目标是设计一个能够输出15W功率的D类音频功放。其特
点是高效率、低功耗和优质的音质。
3.设计原理
D类音频功率放大器的工作原理是将音频信号进行脉冲宽度调制（PWM），并通过一个输出滤波电路转换为模拟音频信号。具体来说，音
频信号首先经过一个比较器，将其与一个高频三角波进行比较，然后产生
一个脉冲宽度与音频信号幅度相关的脉冲序列。这个脉冲序列经过一个电
源级输出滤波器，将其转换为模拟音频信号。
4.设计步骤
（1）根据设计目标和所选用的功放IC，确定所需的电源电压和电流。
（2）根据音频信号的功率要求，计算所需的输出功率和负载阻抗。
（3）选择合适的比较器和三角波发生器。
（4）设计输出滤波器，使其能够满足所需的频率响应和阻抗匹配。
（5）进行仿真和调试，验证设计的正确性。
（6）根据实际的电路布局和元件参数，进行实际的电路实现。
（7）测试和优化电路性能，确保其能够满足设计要求。
5.设计结果
根据上述的设计步骤，设计了一个D类音频功率放大器。采用了TDA7498E功放IC，输入电压为20V，输出功率为15W，负载阻抗为8Ω。比较器和三角波发生器选用LM311和LM555、输出滤波器采用LC型，频率响应为20Hz-20kHz。
经过实际制作和测试，该D类音频功率放大器满足了设计要求。输出功率稳定在15W，失真度低于1%，频率响应平坦度高于±0.5dB。同时，该功放具有高效率和低功耗的特点，整体性能优良。
6.结论
本次设计成功地实现了一个输出功率为15W的D类音频功率放大器。其设计思路清晰，步骤明确，且实际测试结果良好。该功放具有高效率、低功耗和优质的音质，适用于各种音频放大场景。
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D类放大高效率音频功率放大器电路图原理为提高功放效率，以适应现代社会高效、节能和小型化的发展趋势，以D类功率放大器为核心，以单片机89C51和可编程逻辑器件（FPGA）进行控制及时数据的处理，实现了对音频信号的高效率放大。系统最大不失真输出功率大于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，并增加了短路保护断电功能，输出噪声低。系统可对功率进行计算显示，具有4位数字显示，精度优于5%。
传统的音频功率放大器主要有A类（甲类）、B类（乙类）和AB（甲乙类）。A类功率放大器在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件，它的优点是输出信号的失真比较小，缺点是输出信号的动态范围小、效率低，理想情况下其最高效率为50%.B类功率放大器在整个输入信号周期内功率器件的导通时间为50%,它的优点是在理想情况下效率可达78.5%,但缺点是会产生交越失真，增加噪声。AB类（甲乙类）功率放大器是以上两种放大器的结合，每个功率器件的导通时间在50%~100%之间，兼有甲类失真小和乙类效率高的特点，其工作效率介于二者之间。传统音频功率放大器效率偏低，体积偏大的缺点与音频功率放大高效、节能和小型化的发展趋势的矛盾，催生了D类（丁类）音频功率放大器出现和发展。本系统即采用D类功率放大实现，并用单电源供电，符合现代社会对电源小巧、便携要求的实际需要。
1系统方案论证与选择
1.1整体方案
方案①：数字方案。输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入单片机进行处理，三角波产生及与音频信号的比较均由软件部分完成，然后由单片机输出两路完全反向的PWM 波给入后级功率放大部分，进行放大。此种方案硬件电路简单，但会引入较大数字噪声。
方案②：硬件电路方案。三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此方案噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采用此方案。
1.2三角波产生电路设计
方案①：利用NE555产生三角波。该电路的特点是采用恒流源对电容线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制简单，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。
方案②：对方波积分产生三角波。积分器与比较器级联，通过对比较器产生的方波积分得到三角波，频率与幅值控制只需调整某些电阻值，控制简单。但考虑积分电路存在积分漂移。
此处采用选择方案①。
1.3PWM波产生方案设计
方案①：直接比较。取偏重与输入音频信号信置相同，幅度略大的三角波信号与音频信号直接比较，产生PWM波，后再经反向器产生一路与之完全反向的PWM波信号给后级放大电路。
方案②：双路比较。用两路偏置不同的三角波信号与音频信号的上下半部分别比较。此种方案可减少后缀H桥电路中CMOS管的开合次数，减少功率损耗，提高效率。
方案③：将音频信号直接反向。在对音频输入信号进行放大调理后直接将其反向，再对处理后信号分别进行三角波比较，从而产生两路反向的PWM波。
因方案②的效率较高且对抑制共模噪声有一定作用，故选用方案②。
1.4短路保护方案设计
方案①：电流互感器法。用电流互感器感应出通过负载电阻的电流，在对此电流进行处理，以判断电路过不过流。
方案②：采样电阻法。将一小值电阻串入电路中采出系统流过负载的电流，以判断电路过不过流。该方案实现简单，且接入小值电阻对此系统影响很小，故采用此方案。
2系统总体设计方案及实现框图
如图1所示为系统的整体实现框图，系统由高效率功率放大、信号变换电路、过流保护及功率测量4个主要模块组成。其中最核心的高效率功率放大器又由前置放大、三角波产生电路、比较器电路、驱动电路、H桥互补对称放大5部分构成。输入音频信号经过前置放大电路进行放大调理后，分上下部与两路三角波信号进行比较，得到两路相互对应的PWM波；即对音频信号进行脉宽调制，而后经驱动电路增加其信号的驱动能力，再给入H桥模块，利用占空比的变化控制功率开关管的导通与截止，实现功率放大，之后再对负载上的输出进行低通滤波滤出原音频信号。在负载上将信号给入信号变化电路，将双端信号转化为单端信号，经一截止频率为20kHz的RC滤波器后接测试仪表测试。同时在此处将单端信号真有效值检波，经AD采样后送入单片机内进行功率计算及显示。系统还有过流保护功能，0.1Ω采样电阻与负载串联，采出流过负载的电流值，经放大比较后，用继电器控制功率放大部分的供电，从而实现保护作用。系统最大不失真输出功率大于等于1W,可实现电压放大倍数1~20连续可调，因采用D类放大方案，可达到较高的效率，输出噪声很小，功率显示误差很小。
图1系统整体框图
3主要功能电路设计
3.1前置放大模块
前置放大电路采用高效率、轨对轨、低噪声运放芯片OPA350构成同相宽带放大电路。信号输入端串联电容达到隔直耦合作用。同时因单电源供电，在运放同向端给2.5V偏置。设置反馈电阻为电位器，可动态改变放大器的增益1~20倍增益连续可调。
3.2三角波产生电路
三角波产生电路如图2所示。采用NE555芯片构成三角波电路，通过恒流源对电容C1实现线性充放电从而获得三角波。开始工作时，555芯片3号脚为高电平，二极管D4导通，D3截止，从而D1导通，D2截止，由T1、T2、R1构成的恒流源通过D1对C1线性充电，当充电使C1两端电压达到2/3Vcc时，3号脚输出电平发生反转，变为低电平，此时D1、D2、D3、D4导通状态也完全相反，由下方T3、T4、R2构成的恒流源通过D2对C1线性放电，当放电使C1两端电压达1/3Vcc时，3号脚又反转为高电平，如此循环往复，实现周期三角波信号产生。由C1两端引出输出，即可得到线性度良好的三角波信号，后接一级同相跟随器已达到前后级隔离的目的。C1采用漏电流低、响应速度快的聚苯乙烯电容，保证较好性能。
图2三角波产生电路
三角波频率、幅值计算如下：记通过电阻R1、R2的充放电电流为Io,此处Io=Vbe/R
（其中Vbe为三极管的导通电压），则有
三角波周期T=t1+t2,频率为f=1/T,此电路经实测产生三角波频率为120kHz（会与计算值有所偏差，因为三极管导通压降不严格为0.7V）。
3.3双路比较器电路（PWM波产生电路）
双路比较器电路采用低功耗、可单电源工作的双路比较器芯片LM393构成。此处为提
高系统效率，减少后级H桥中CMOS管不必要的开合，用两路偏置不同的三角波分别与音
频信号的上半部和下半部进行比较，产生两路相互对应的PWM波信号给后级驱动电路进行
处理，双路比较波形图如图3所示。此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较
器的负向端、三角波信号接正向端；下半部比较则相反，这样形成相互对应，在音频信号的
半部形成相应PWM波时，另半部为低电平，可保征后级H桥中的CMOS管没有不必要的