D型音频功率放大器的IC设计
毕业设计D类音频功率放大器设计
摘要本项目涉及高效节能、数字化、体积小、重量轻等特点的D类功率音频放大器。
适应便携设备高效及节能的客观要求。
顺应了市场的客观要求。
从而在音频集成领域具有很大的优势。
随着设计技术不断进步D类功率放大器的要求也在不断提高，本文通过基于CMOS工艺的D类功率音频放大器构成、驱动实现、失真度等方面的特性来进行电路的设计。
本课题的目标是设计一个D类音频功率放大器，能对音频信号进行放大，放大器的通频带达到300~3400HZ，输出功率1W，输出信号无明显失真。
根据D类功放的原理分别设计了前置放大模块、三角波产生模块、比较器模块、驱动模块、H 桥互补对称输出及低通滤波模块等。
其中三角波产生器及比较器共同组成脉宽调制（PWM）模块，H 桥互补对称输出电路采用驱动电流小、低导通电阻及良好开关特性的VMOSFET 管，滤波器采用两个相同的四阶 Butterworth 低通滤波器。
关键词 : D类功率放大器 H桥驱动脉宽调制AbstractThis project involves a high efficiency and energy saving, digitization, small volume, light weight and other characteristics of the class D audio power amplifier. Adapt to the portable device and the objective requirements of high efficiency energy saving. Comply with the objective requirements of the market. Thus in the audio integrated field has a great advantage. With the continuous progress of design technology of D type power amplifier requirements are also rising, based on CMOS technology class D audio power amplifier structure, drive, distortion and other aspects of the characteristics of circuit design. The purpose of this paper is to design a class D audio power amplifier, can amplify the audio signal, the amplifier pass band to achieve 300 ~ 3400HZ, 1W output power, output signal without significant distortion. According to the principle of class D power amplifier are respectively designed preamplifier module, triangle wave generating module, comparator module, drive module, H bridge complementary symmetry output and low pass filter module. The triangle wave generator and comparator is composed of pulse width modulation ( PWM ) module, H bridge complementary symmetry output circuit adopts the drive current is small, low resistance and good switching characteristics of VMOSFET tube, filter using two identical four order Butterworth low pass filter.Key words: class D power amplifier H bridge driver pulse width modulation目录摘要 (I)第1章任务与要求 (1)1.1课题概述 (1)1.2 设计内容与要求 (1)1.3 参数要求 (1)第2章绪论 (2)2.1 研究背景 (2)2.2 论文研究目标和意义 (2)2.3 论文章节安排 (3)第3章方案论证与设计 (4)3.1 总体设计分析 (4)3.2 原理分析 (4)3.2.1 D类放大器的原理 (4)3.3 系统设计 (5)3.4 方案的设计与选择 (5)3.4.1 三角波模块方案的设计 (5)3.4.2 高速开关电路 (5)3.4.3 滤波器的选择 (6)3.4.4 信号变换电路 (6)3.4.5 功率测量电路 (6)第4章硬件电路设计 (8)4.1硬件电路 (8)4.1.1 三角波发生器 (8)4.1.2 放大电路 (8)4.1.3 脉宽调制比较器 (9)4.1.4 驱动电路、H桥及低通滤波电路 (10)4.1.5 保护电路 (11)4.1.6 信号变换电路 (12)4.1.7 真有效值转换电路 (12)第5章电路调试 (14)5.1 调试的设备 (14)5.2 硬件电路调试步骤 (14)5.2.1 不通电检查 (14)5.2.2 通电检查 (14)5.2.3 测试和调整 (14)5.2.4 整机联调 (15)5.3 实际测试的参数 (15)5.3.1 三角波发生器电路 (15)5.3.2 脉宽调制比较器 (16)第6章使用说明与总结 (17)6.1 使用方法 (17)6.1.2 注意事项 (17)6.2 故障分析 (17)6.3 总结 (17)6.2.1 原理图设计中要注意的事项 (17)6.2.2 安装过程总结 (17)6.2.3 单元电路调试总结 (17)6.2.4 PCB设计应注意的问题 (18)6.2.4 整机指标测试总结 (18)参考文献 (19)致谢 (20)附件A：总原理图 (21)附件B：PCB图 (22)附录C：元件清单 (23)第1章任务与要求1.1课题概述设计并制作一个高效率音频功率放大器及其参数的测量、显示装置。
D类功率音频放大器的设计
D 类放大器的基本结构D 类放大器的电路共分为三级：输入开关级、功率放大级及输出滤波级。
D 类放大器工作在开关状态下可以采用脉宽调制(PWM)模式。
利用PWM 能将音频输入信号转换为高频开关信号。
通过一个比较器将音频信号与高频三角波进行比较，当反相端电压高于同相端电压时，输出为低电平；当反相端电压低于同相端电压时，输出为高电平。
在D 类放大器中，比较器的输出与功率放大电路相连，功放电路采用金属氧化物场效应管(MOSFET)替代双极型晶体管(BJT)，这是因为：(1)功率MOSFET 是一种高输入阻抗、电压控制型器件，BJT 则是一种低阻抗、电流控制型器件。
(2)从二者的驱动电路来看，功率MOSFET 的驱动电路相对简单，BJT 可能需要多达20％的额定集电极电流以保证饱和度，而MOSFET 需要的驱动电流则小得多，而且通常可以直接由CMOS 或者集电极开路TTL 驱动电路驱动。
(3)MOSFET 的开关速度比较迅速，他是一种多数载流子器件，没有电荷存储效应，能够以较高速度工作。
(4)MOSFET 没有二次击穿失效机理，他在温度越高时往往耐力越强，发生热击穿的可能性越低。
他还可以在较宽的温度范围内提供较好的性能。
(5)MOSFET 具有并行工作能力，具有正的电阻温度系数。
温度较高的器件往往把电流导向其他MOSFET ，允许并行电路配置。
而且，MOSFET 的漏极和源极之间形成的寄生二极管可以充当箝位二极管，在电感性负载开关中特别有用。
场效应管有两种工作模式，即开关模式或线性模式。
所谓开关模式，就是器件充当一个简单的开关，在开与关两个状态之间切换。
线性工作模式是指器件工作在某个特性曲线中的线性部分，但也未必如此。
此处的"线性"是指MOSFET 保持连续性的工作状态，此时漏电流是所施加在栅极和源极之间电压的函数。
他的线性工作模式与开关工作模式之间的区别是，在开关电路中，MOSFET 的漏电流是由外部元件确定的，而在线性电路设计中却并非如此。
D类功率放大的高效率音频功率放大器设计
D类功率放大的高效率音频功率放大器设计1.1 整体计划计划①：数字计划。
输入信号经前置放大调理后，即由A/D采入举行处理，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彻低反向的波给入后级功率放大部分，举行放大。
此种计划硬件容易，但会引入较大数字噪声。
计划②：硬件电路计划。
三角波产生及比较、PWM产生仍由硬件电路实现，此计划噪声较小、且幅值能做到更大，效果较好，故采纳此计划。
1.2 三角波产生电路设计计划①：利用NE产生三角波。
该电路的特点是采纳恒流源对线性冲、放电产生三角波，波形线性度较好、频率控制容易，信号幅度可通过后加衰减电位器控制。
计划②：对方波积分产生三角波。
积分器与级联，通过对照较器产生的方波积分得到三角波，频率与幅值控制只需调节某些值，控制容易。
但考虑积分电路存在积分漂移。
此处采纳挑选计划①。
1.3 PWM波产生计划设计计划①：挺直比较。
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挺直比较，产生PWM波，后再经反向器产生一路与之彻低反向的PWM波信号给后级放大电路。
计划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离比较。
此种计划可削减后缀H桥电路中管的开合次数，削减功率损耗，提高效率。
计划③：将音频信号挺直反向。
在对音频输入信号举行放大调理后挺直将其反向，再对处理后信号分离举行三角波比较，从而产生两路反向的PWM波。
因计划②的效率较高且对抑制共模噪声有一定作用，故选用计划②。
1. 4 短路庇护计划设计第1页共2页。
D类音频功率放大器设计
滤波拓扑概况用于D类功率放大器的滤波器拓扑共有三种：(1) FB-C，铁氧体磁珠和电容；(2) LC，电感和电容；以及(3) “无滤波器”。
某个特定设计应该选择哪种滤波技术，取决于应用的扬声器电缆长度和PCB布局。
下面是这三种滤波器拓扑的优缺点：FB-C滤波如果扬声器电缆长度适中，FB-C滤波足以满足EMI限制。
与LC滤波相比，FB-C滤波方案更为精简，成本效益更高。
但是，由于只能在频率大于10MHz的情况下生效，FB-C滤波的应用范围受到很大的限制。
而且，在频率低于10MHz 的情况下，如果扬声器电缆走线不合理，也会导致传导辐射超标。
LC滤波相比之下，LC滤波可以在频率大约为30kHz的情况下即开始起到抑制作用。
当某设计中所用的电缆线较长，而PCB 布局又不是很好时，LC滤波无疑是一个“保险的”选择。
但是，LC滤波需要昂贵而庞大的外部元件，这显然不适合便携式设备。
而且，当频率大于30MHz，主电感会自谐振，还会需要额外的元件来抑制电磁干扰。
“无滤波器”滤波“无滤波器”放大器拓扑是最具成本效益的方案，因为它省去了额外的滤波元件。
采用较短的双绞线扬声器电缆时，D 类放大器完全可以满足电磁兼容性标准。
但是，和FB-C滤波一样，如果扬声器电缆走线不合理，可能出现传导辐射超标。
还需注意，Maxim的D类放大器也可以实现“无滤波”工作，只要在放大器的开关频率下扬声器是感性负载。
在输出电压进行转换时，转换频率下的大电感值可使过载电流保持相对恒定。
很多，还将说明为什么某些D类放大器要求LC过滤器，而某些则不需要。
D 类输出信号 (PWM) 如何包含音频信号？TPA3001D1结构图（见图1）有助于解释PWM信号是如何形成的。
首先，模拟输入D 类采用前置放大器获得输入音频信号，并确保差动信号。
随后，积分器级 (integrator st age) 可低通过滤音频信号以实现抗失真与稳定性。
音频信号而后与三角波相比较，以创建脉宽调制 (PWM)信号。
d类音频放大器介绍及设计
07
结论
D类音频放大器的优势与不足
效率高
D类音频放大器具有很高的能量转换效率，能够有效地减少能源浪费。
动态范围大
D类音频放大器具有较大的动态范围，能够在较大的音量范围内保持音频质量。
D类音频放大器的优势与不足
• 体积小、重量轻：D类音频放大器通常采用集成电路设计， 体积小、重量轻，便于携带和安装。
电磁兼容性设计
电磁兼容性
电磁兼容性是指电子设备在电磁环境中正常工作的能力。在D类音频放大器设 计中，需要考虑电磁干扰、电磁辐射、静电等电磁兼容性问题，以确保放大器 的稳定性和可靠性。
电磁兼容性措施
为了提高电磁兼容性，可以采取多种措施，如合理布局布线、增加屏蔽、使用 滤波器等。这些措施可以有效降低电磁干扰和电磁辐射，提高放大器的性能和 可靠性。
03
D类音频放大器的特点
效率高
效率高
D类音频放大器采用开关模式工作，理论上效率可以达到100%，相比传统线性放大器，能够显著减少能量损失 和热量产生。
节能
高效率意味着低能耗，有助于减少能源浪费和设备运行成本。
体积小
体积小
由于D类音频放大器内部结构相对简单，不需要像线性放大器那样使用庞大的滤波器和散热器，因此 体积相对较小。
采样率与分辨率
输入的模拟信号需进行采样，转换为数字信号，采样率和分辨率决定了音频的 质量和还原度。
脉冲宽度调制
脉冲宽度调制
将数字信号转换为模拟信号的一种方式，通过调节脉冲宽度 来控制输出电压，实现音频信号的放大。
调制精度与失真
脉冲宽度调制过程中需保持高精度，以降低失真，提高音频 质量。
D类音频功率放大器设计
D类音频功率放大器设计本文首先就D类音频放大器的基本概念进行了一定的分析，然后简要的阐述了其系统结构，最后根据这些概念综合性的给出D类音频功率放大器的设计要素及解决方案，供相关人士做参考。
标签：功率放大器；调制器；拓扑结构1 引言从整体上对音频放大器进行划分可以分为四种，其中D类放大器占据的优势性比較大，是比较理想的应用型音频放大器。
D类功率放大器主要优势在于其功耗较小，在器件的组合上D类放大器绝大多数情况下只是充当一个开关的作用，其最主要的额外功耗在于晶体管的阻抗所致，由于其对散热装置的需求很低，因此D类放大器能够在很大程度上增加电池的使用寿命。
2 D类音频功率放大器的分析（1）D类音频功放和其他音频功放的比较。
1）AB类放大器。
AB类放大器的主要特点可以从两个方面出发，一个是B 类放大器的交越失真，另外一个是AB类放大器消除交越失真的情况，二者主要形成一个对比的作用。
由于AB类放大器在其晶体管的导通时间上有一定的特殊性，这段导通时间通常情况下会比半周期持续的时间要长，因此在两管推挽的特点之下AB类放大器交替失真的特性能够在很大程度上消除交越失真的影响。
2）D类放大器。
D类放大器在性能上和AB类放大器有着明显的区别，在PWM和PDM的作用之下D类放大器能够将输入进来的模拟音频信号通过一定的转换作用而形成相应的脉冲信号。
由于D类放大器在作用上大部分是充当一个开关的作用，因此也被称之为开关放大器。
相比较其他放大器而言，D类放大器的效率非常高，除此之外，其体积小的特点能够为设备提供更大的空间，而在失真方面其概率低的特点使得D类放大器在调试和应用上都能够保持很大的稳定性。
（2）D类音频功放的工作原理。
D类音频放大器在工作中主要的功能是在于将输入的部分信号进行一定的转换，经过相关的滤波处理之后能够有效的使得电平进行转移。
振荡器在D类音频放大器中的作用至关重要，其振荡周期在发生变化的情况下对整个采样周期的影响都是非常大的。
应用电子技术毕业设计(论文)-D类音频功率放大器的设计
XXXXXXXXXXXXXX毕业设计（论文）说明书作者：学号：学号：学号：系部：电气工程系专业：应用电子技术题目：D类音频功率放大器的设计指导者：评阅者：2008年 5 月摘要数字功率放大器具有模拟功率放大器不可比拟的优势，代表着音响技术数字化的新台阶。
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；然后根据D类功放的设计要素，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 (5)2 音响的基础知识 (7)2.1 声音的基本特性 (7)2.2 音响的结构及参数 (7)2.3 放大器的技术指标 (7)3 放大器的简介 (9)4 D类功放的原理及仿真 (13)4.1 D类功放的工作原理 (13)4.2 D类功放的EDA仿真 (15)4.2.1 EDA仿真概述 (15)4.2.2 D放大器原理仿真概述 (16)4.2.3 输入信号抽样――PWM波的形成仿真 (17)4.2.4 输出信号PWM波的频谱仿真分析 (17)4.3 D类功放的优点 (18)5 D类功放的硬件设计 (19)5.1 D类功放的设计原理 (19)5.2 D类功放的设计要素 (22)5.2.1 输出晶体管尺寸选择 (22)5.2.2 输出级保护 (22)5.2.3 音质处理 (23)5.2.4 EMI处理 (25)5.2.5 LC滤波器设计 (26)5.2.6系统成本 (27)5.2.7 散热注意事项 (27)5.3 D类功放电路分析与计算 (31)5.3.1脉宽调制器（PWM） (31)5.3.2 前置放大器 (33)5.3.3 驱动电路 (34)5.3.4 高速开关电路 (35)5.3.5 低通滤波 (40)6 MAX9703/MAX9704单声道/立体声D类音频功率放大器 (44)6.1 概述 (44)6.2 MAX9703/MAX9704详细说明 (44)6.2.1 工作效率 (44)6.2.2 应用信息 (45)7 D类功放的发展与技术展望 (47)7.1 D类功放的不足 (47)7.2 D类功放的最新发展——T类功率放大器 (47)结论 (48)致谢 (49)参考文献 (50)1 引言音响技术发展到今天，音响设备中大部分已实现了数字化，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。
D类功率放大器设计报告
D类功率放大器设计报告设计报告：D类功率放大器1.引言2.设计原理2.1开关管的选择开关管是D类功率放大器关键的组成部分，常用的开关管有MOSFET （金属氧化物半导体场效应晶体管）和IGBT（绝缘栅双极性晶体管）。
选择合适的开关管需要考虑功率、速度、成本和可靠性等因素。
2.2PWM调制电路PWM调制电路用于将音频信号转化为脉冲信号。
常用的PWM调制电路有比较器、计数器和DAC（数字模拟转换器）等组成。
PWM调制电路的设计需要考虑信号的动态范围、信噪比和失真等因素。
2.3输出滤波电路输出滤波电路用于滤除脉冲信号中的高频成分，以得到放大后的音频信号。
常用的输出滤波电路有LC滤波电路和RC滤波电路等。
滤波电路的设计需要考虑频率响应、衰减系数和阻抗匹配等因素。
3.参数设计在设计D类功率放大器时，需要确定一些关键参数，包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度等。
3.1输出功率输出功率是D类功率放大器的重要参数，决定了放大器可以驱动的音箱的大小和音量。
输出功率的选择应考虑实际应用场景和预算因素。
3.2工作电压工作电压直接影响到D类功率放大器的功率效率和失真程度。
工作电压越高，功率效率越高，但是也容易引起更大的功率损耗和失真。
3.3负载阻抗负载阻抗是D类功率放大器输出端连接的音箱或扬声器的特性参数。
负载阻抗的选择应根据音箱或扬声器的要求和放大器的输出功率来确定。
3.4失真程度失真程度是评估D类功率放大器性能的重要指标。
常见的失真包括谐波失真、交调失真和互调失真等。
为了提高放大器的音质，失真程度应尽量小。
4.结论D类功率放大器是一种高效率和低失真的功率放大器，广泛应用于音频功率放大领域。
在设计D类功率放大器时，需要选择合适的开关管并设计PWM调制电路和输出滤波电路。
关键参数的选择包括输出功率、工作电压、负载阻抗和失真程度。
通过合理的设计和优化，可以实现高质量的音频放大效果。
常用大功率D类音频功放IC芯片选型说明
常⽤⼤功率D类⾳频功放IC芯⽚选型说明常⽤⼤功率Ｄ类⾳频功放IC芯⽚选型说明传统⼤功率功放芯⽚，⼀般都是模拟的功放芯⽚，象⼤家都熟悉的TDA2030、LM1875、TDA1521等。
这些功放除了⾳质会好⼀点，其它的对于现在的D类功放来说，都是缺点。
如今随着技术的进步，D 类功放的⾳质技术早已突破，⽐传统功放芯⽚差不了多少。
以HX8330为代表的D类功放，是替代这些优秀的前辈产品不⼆之选。
⼆、模拟功放的缺点：●电源供电⼀般都要⽤正负双电源供电。
●⼤部分都是插件式。
●因本⾝发热严重，需要带⼀块沉重的铝⽚散热。
●占⽤PCB板和机壳的空间很⼤。
●外围元件多，特别是电解电容也⽤的多。
三、HX8330概述：HX8330是⼀款30W⾼效D类⾳频功率放⼤电路，主要应⽤于⾳响等消费类⾳频设备。
此款电路可以驱动低⾄4Ω负载的⽴体声扬声器，功效⾼达90%，使得在播放⾳乐时不需要额外的散热器。
其特点如下：●15W功率输出(12V电压，4Ω负载，TND+N=10%）；●30W功率输出（16V电压，4Ω负载，TND+N=10%）；●效率⾼达90%，⽆需散热⽚；●较⼤的电源电压范围8V~20V；●免滤波功能，输出不需要电感进⾏滤波；●输出管脚⽅便布线布局；●良好短路保护和具备⾃动恢复功能的温度保护；●良好的失真；●增益36dB；●差分输⼊；●简单的外围设计；QQ:1207435600●封装形式：ESOP8。
四、应⽤领域：●拉杆⾳箱:●⼤功率喊话器:●落地⾳箱:●蓝⽛⾳箱●扩⾳器五、芯⽚对⽐分析：六、功能框图与引脚说明：七、应⽤原理图：如上图，可以很清晰的看出硬件的外围电路是极其简单的，bom成本低廉⼋、HX8330优势说明：1、外围元件少，电路简单,2、效率⾼达90%，⽆需散热⽚3、占⽤PCB板空间⼩4、16V供电时，功率可以到达30W九、总结：我写这边⽂章的⽬的，并不是想要抵扉传统的模拟功放。
只是想告诉各位同仁，在如今市场竞争激烈的环境下，⼀个成品的利润能多铮⼏⽑钱，都是⼀件不容易的事。
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。
对全桥,进一步减小导通损耗，要使MOSFET漏源的导通电阻RON尽量小。
选取低开关频率和栅源电容小的MOSFET，加强前置驱动器的驱动能力。
4 LPF低通滤波级LPF滤波器可消除PWM信号中电磁干扰和开关信号，提高效率，降低谐波失真，直接影响放大器带宽和THD，必须设置合适截止频率和滤波器滚降系数，以保证音频质量。
采用D类放大器IC设计
效率 ，实 际应 用中可 以高达 ８ ％ 到 极 电 容 产 生 的 更 大 损 耗 。 因此 开 关 频 波器件。另一方面 ，随着频率的增加 ， ５
９％。而 通 常线 性 ＡＢ类 放 大 器 的效 率 率选择需 要在外部器件和 电源频率 之 ＭＯＳ Ｅ ０ Ｆ Ｔ损 耗 会增 加 ，从 而 降 低效 率 ， 在 ２％左 右 ， 此 能 实现 更 长 的 电池 寿 间进 行 平 衡 。 电 源 桥 的 设 计 取 决 于 放 导致功耗增加以及相关的热管理问题 。 ５ 因 命 和更 紧凑 的 外 形尺 寸 。 而 ， 计 师 大器的期望输 出功率。例如， 然 设 Ｄ类放大 特 别 是 因为 ＭＯ Ｆ Ｔ栅 极 电 容导 致 的 ＳＥ
Ｃ 例如蜂窝手机的喇叭。当 性能参数。 对于交流供 电的设备 ， 例如 媒 体播 放 器 到 游戏 机 和 一 些 Ｌ Ｄ电视 。 明显的优势 ，
喇叭线 圈 ＡＶ产品和游戏机 ，Ｄ类放大器高的功 对 于 大 部 分 的 这 些 应 用 ，尤 其 是 手 持 Ｄ类输 出与喇叭靠近的时候 ，
必须小心地避免 增加 系统 中其他地方 器 Ｉ 以 用 干 耳 机 驱 动 电路 或 者 喇 叭 开关损耗将随 工作频率 的增加线性增 ｃ可 的复杂性 ， 包括 电源 、 出滤波处理和 驱 动 电路 ， 这 些 不 同 配 置之 间 关键 的 加 。因此 Ｄ类放大器 Ｉ 出级的设计 输 ｃ输
事实上 ， 通过认真 的电源设计， 对于每 建的外部输出级来实现 。放大器 Ｉ ｃ必 Ｄ 放 大 器用 于无滤 波 配 置的 一个 实例 类
声 道 输 出功 率 为 几 瓦 的 应 用 来 说 ，可 须提供合适的预 驱动 ，所选择的分离 是 欧 胜 公 司 的Ｗ Ｍ８６ 。 果 放大 器输 ９０ 如 以 取 消散 热 器 。 ＭＯＳ Ｅ Ｆ Ｔ必 须是 专 针 对 数 字 音 频 进 出 到 喇 叭 的 距 离 比 较 远 的 话 ，需 要 采 行过 优 化 。
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。
然而，设计中的元件选型、电路布局和参数调整等方面还有待进一步优化和改进。
同时，考虑到市场需求和技术发展，未来的设计可以进一步加入保护电路和调音控制等功能，以提高产品竞争力和用户体验。
一种音频D类功率放大器芯片的设计的开题报告
一种音频D类功率放大器芯片的设计的开题报告
一、选题背景
音频D类功率放大器是一种目前应用广泛的功率放大器，具有能耗低、体积小、热损失小等特点，广泛应用于汽车音响、家庭影院、手机
扬声器等领域。
该类型芯片的设计是集成电路设计中的一个重要研究方向，由于市场需求不断增加，设计一种性能优良的音频D类功率放大器
芯片成为许多设计者和科研人员关注的问题。
二、选题意义
随着人们对音频信号质量要求的提高，对于功率放大器的音质、效
率等性能要求也越来越高。
因此，设计一种性能优良的音频D类功率放
大器芯片具有重要实际意义。
本次设计旨在研究如何在保证低功耗、小
体积的前提下，实现高保真、低失真的音频放大器。
三、设计内容
本次设计将采用CMOS工艺，设计一款音频D类功率放大器芯片，
设计的主要内容包括：
1.设计放大器的基本电路结构，选用合适的输出级电路。
2.通过对代表性音频信号的分析和实验数据的检验，优化功放的非
线性特性。
3.针对静音时的功耗问题，研究静电自动消除技术，实现功耗控制。
4.对芯片进行模拟模拟和可靠性仿真，使设计达到较高的性能指标
要求。
四、设计目标
1.实现0.1%以下的高保真度（THD+N），保证音质
2.功率输出达到5W以上，应用领域更加广泛
3.实现40dB以上的功率降噪（PSRR），使降噪效果更佳
4.体积小以及功耗，使得芯片易于制造和热量较低。
五、研究结果
本设计将设计出一款音频D类功率放大器芯片，达到上述目标。
此外，本设计方案所提供的技术方法可为未来音频放大器设计研究提供参考和发展方向。
D类音频功率放大器的环路设计
D类音频功率放大器的环路设计
D 类音频功率放大器具有效率高、功耗低的优点，采用D 类音频功率放大器的设备能够提高电池的寿命，它特别适合应用于无线和手持通信设备，
主要应用在PDA、移动电话和类似的手持移动通信工具的设计和产品中。
而大功率输出的音频设备具有很大的功耗，所以在大功率输出的音频设备中采用低
功耗的D 类音频功率放大器也是十分必要的，特别在集成了高质量音频性能和扩展了混合能力的同时实现了低功耗。
本文将介绍D 类音频功率放大器的环路设计，表明这个D 类音频功率
放大器具有效率高、功耗低、谐波失真低的特点。
如保护模块主要包括过流保护，使这个音频功率放大器在误操作和负载
电阻被烧毁的情况下能够保护音频功率放大器不被烧毁。
在振荡器的设计中，把电阻和电容全部集成到了音频功率放大器的内部，应用时就可以使用最少的外接器件，节约了应用成本，但是这个振荡器的振荡
频率相对于外接电阻的振荡器的振荡频率来讲，其工艺偏差的影响会更大。
这个音频功率放大器的PWM 调制方法是基于双边自然采样技术。
PWM 信号可以直接通过比较音频输入信号(audio input)和三角波信号(triangulaI waveform)得到，如
仅考虑音频范围(20Hz-20kHz)内的信号，PWM 调制的增益是输出PWM 信号幅度和输入三角波幅度之比：
上式中的Vp 是PWM 输出信号的幅度，VT 是输入三角波信号的幅度。
一个音频通道的电路。
音频D类功放LC滤波器该怎么设计
音频D类功放LC滤波器该怎么设计 首先，要设计滤波器，自然需要知道截止频率设计到多少比较合适。
我们上一节分析了频谱，可以知道，频谱里面除了包含音频分量以外，还有调制三角波的高频频率成分。
我们知道，人耳可以感受到的声音分量 为20Khz，而调制频率一般在200Khz以上，也就是说高频分量在200Khz以上，所以我们设定的截止频率应该在20Khz-200Khz之间，这是一个比较宽的范围，那么具体多少合适呢？不过，我们也需要知道，LC滤波器也不是理想的，截止频率指的是幅度衰减到了0.707倍，因此如果我们设定截止频率为20Khz，那么有用的音频信号的高频部分是有一定衰减的，这也可以理解为失真。
所以截止频率要比20Khz 要高一些，截止频率越高的话，越不容易出现音频的高频部分被衰减。
但是如果截止频率设置得越高，那么无用的调制三角波频率分量可能就衰减得不够。
两者兼顾的话，个人觉得设置在30Khz左右比较好。
当然，一般器件的值都是离散的，因此，截止频率正好在30Khz时算出的电感值和电容值不一定有实物，我们选择接近的就好。
LC滤波器的Q值一般我们说滤波器有一个Q值，我们如果查阅资料的话，会知道Q=0.707比较好，此时幅度响应比较平坦。
那么这个Q值是什么意思呢？为什么Q=0.707比较好呢？下面来具体看下。
需要注意，这里的Q值很容易混淆，LC滤波器的Q值是按照谐振回路Q 值来的。
我在写这个文章的时候，曾经误以为谐振电路的Q值与电感Q值一样，都是无功功率除以有功功率，然后发现怎么都不对，因为谐振时，阻抗的虚部为0，那么Q值不是为0？具体谐振回路的Q值定义可以参考这个文档：谐振电路的Q值一般按能量来定义：在谐振时，整个电路的阻抗呈电阻性，也就是说从外部看来，整体是没有储能性质的。
但是实际上是因为在谐振时，电感放电的时候正好电容在充电，而电容放电的时候，电感正好在充电，两者正好相等，所以外部看来，是没有能量注入的。
D类功放输出功率调节电路设计
D类功放输出功率调节电路设计只生武【摘要】D类音频功放具有高效率的优点，但是随着功率的不断提高，通常需要完善的保护及限制电路。
设计介绍了一种用于高功率D类音频功率放大器的输出功率调节电路，可以通过芯片外部引脚输入电压或编程的方式动态调节功放的输出功率。
控制方式采用了限制输入信号最大幅度的方法，分别介绍了电路的控制原理与电路实现。
测试结果显示，该电路达到了较好的调节效果，具有好的调节线性度，提高了高功率放大器电路的可靠性。
%Because the class D audio power ampliifer has the advantages of high efifciency, has become the trend of the development of high-power audio ampliifer, but with the constant improvement of the power, the reliability of the system is particularly important, often need to perfect protection and limiting circuit. The paper introduces a design for high power class D audio power ampliifer output power regulating circuit, can be done by outside chip pins input voltage or programmatically dynamically adjust the output power of the power ampliifer. Control method using the method of the biggest limit input signal respectively introduces the control principle and circuit realization of the circuit. Test results show that the circuit has reached the good adjustment effect has good linearity adjustment, improve the reliability of the high power ampliifer circuit.【期刊名称】《电子与封装》【年(卷),期】2015(000)007【总页数】4页(P14-16,27)【关键词】D类功放;功率调节;幅度限制【作者】只生武【作者单位】无锡晶源微电子有限公司，江苏无锡 214028【正文语种】中文【中图分类】TN402D类音频功放具有效率高、轻便等优点，逐渐成为功率放大器的发展趋势，尤其是在大功率应用场合。
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收稿日期:2010-11基金项目:福建省重大科技资助项目(2010H 6025)作者简介:张思敏(1987)),男,助理工程师,研究方向为模拟电路设计。
图1 芯片的主要工作模块示意图D 型音频功率放大器的I C 设计张思敏,傅科成,冯勇建(厦门大学物理与机电学院,福建厦门361005)摘要:D 型功率放大器以其体积小、效率高的优点延长了系统的电池寿命,文章针对D 型放大器的优点,设计了一款高效率、低失真的D 型音频功率放大器。
通过建立负反馈提高放大器的线性度与电源纹波抑制比;最小化系统的失真要求高速采样,芯片设计了高速比较器来满足这一要求;同时,根据工作需要,芯片的带隙基准设计具有较低的温度系数,较高的电源抑制比。
关键词:D 类放大器;带隙基准;三角波发生器中图分类号:TN 386.1 文献标识码:A 文章编号:1006-2394(2011)05-0031-04IC D esign of C l ass D Audio Amp lifierZ HANG S-i m i n ,FU Ke -c heng ,FENG Yong -jian(Schoo l of Phy si cs andM echan i ca l&E lectr ica l Eng i neer i ng ,X i am en U nivers it y ,X i am en 361005,Chi na)Abst ract :C lass D aud i o a m p lifier can extend battery life for its s m a ll cubage and h i g h e ffi c iency .I n connection w it h the advan tages of C l a ss D aud io a m plifier ,a class D aud i o a m plifier w ith h i g h efficiency and l o w d istortion is de -si g ned i n th is paper .A negative feedback is estab lished to i m prove t h e li n earity of the a m plifier and po w er supply ripple re jecti o n .M ini m izi n g the d istortion of the syste m requ ires h i g h -speed sa mp li n g .H igh -speed co m parator is desi g ned to m eet t h is requ ire m en.t M oreover ,the w ork requires that the ch i p has a band -gap reference w ith lo w te m perature coeff-i cient and high po w er supp l y re jecti o n rati o .K ey w ords :class D aud i o a m plifi e r ;band -gap reference ;triangular w avefor m generator P WM 技术(脉宽调制技术)是把模拟信号的幅度调制成一系列矩形脉冲的宽度,该技术具有电路结构简单、低能耗的优点,因此在设计实践中应用范围最为广泛。
本文中D 型功率放大器的核心架构就是脉宽调制架构,主要工作模块示意图如图1所示。
其中脉宽调制架构有三级结构,分别是对输入信号进行前级缓冲放大的输入缓冲级、对输入信号进行脉宽调制的脉宽调制级和半桥式输出级,以上结构就构成了音频信号通道,是整个芯片的核心部分。
同时,芯片包含用于支持音频信号通道正常工作的偏置模块,以及用来防止终端用户误操作导致输出短路的短路保护模块。
1 系统工作原理本文设计的D 类功率放大器核心架构采用的是脉宽调制架构,采样模式选择的是双边三角波。
将音频信号通过缓冲输入级后输入到比较器的正比较端,比较器的负比较端输入采样信号(双边三角波),比较器将会输出一个脉宽被调制的矩形波。
输出的矩形波有着和采样信号相同的频率,只是它的脉宽受到了输入音频信号的调制,并且脉宽与输入音频信号的幅值成反比。
将被调制的矩形波用一定的输出级控制电路进行放大,并用低通滤波器滤除包含在矩形波中的高频载波分量,最终可以在低通滤波器的输出端得到放大后的音频信号。
为了提高放大器的线性度和达到良好的电源纹波抑制比,需要在设计过程中建立负反馈机制。
2 芯片主要子模块本文设计的D 类功率放大器的基本子模块包括:具有轨到轨输入级的带有共模反馈的全差分运算放大器,积分运算放大器,高速比较器,双边三角波发生器,带隙基准。
本文将对带隙基准和双边三角波发生器的设计做主要介绍。
2.1 带隙基准2.1.1 带隙基准基本原理如图2所示,如果两个双极晶体管工作在不相等的电流密度下,那么它们的基极-发射极电压的差值就与绝对温度成正比,且有$V BE =V BE 1-V BE 2=V T l n n。
图2 带隙基准的基本原理图如上图所示,V X =V BE 1,将V X 与V Y 输入到运算放大器的两端,利用运算放大器/虚短0的特性,使得V Y 与V X 近似相等,因为有$V BE =V BE 1-V BE 2=V T l n n,可得流经右边的电流为V T ln n /R 3,则输出电压为:V ou t =V BE 2+V T l n n R 3(R 3+R 2)=V BE 2+V T ln n 1+R 2R 3其中V BE 2具有正温度系数且9V BE9TU -1.5mV /K,VT 具有负温度系数且9V T9TU +0.087mV /K,合理的设置n ,R 2,R 3的值,即可使得输出电压为零温度系数。
实际电路如图3所示,用具有偏置作用的电流镜来代替运算放大器的作用,其中M 1~M 2和M 3~M 5均为相同的对管,则有:V X =V YI D 1=I D 2=I D 5=$V BE /R 1=V T l n n /R 1V ref =V BE 5+R 2R 1V Tl n n 由V ref 表达式可知,V BE 5和V T 分别具有正、负温度系数,只需要适当的选取n,R 1,R 2的值,就可以使得V ref 是一个零温度系数。
2.1.2 提高带隙基准电源抑制比图3所示电路中MOS 管的沟道长度调制仍会导致显著的电源依赖性,为了解决这个问题,可以在每个电路分支采用NMOS 和P MOS 共源共栅结构,如图4(a)所示。
为保证所有的MOSFET 都保持在饱和态,图3 带隙基准核心电路(a)增加共源共栅器件改善电源抑制(b )采用自偏置消除外部偏置图4需要在M 3~M 4,M 5~M 6的基极加上偏置电压。
为了避免外加偏置电压V 1和V 2,引入/自偏置0共源共栅结构,用R 5,R 6维持适当的电压,如图4(b)所示。
在与电压无关的偏置电路中有一个很重要的问题就是/简并0偏置点的存在。
如图2所示电路,若电源上电时所有MOS 管均传输零电流,因为环路两边分支允许零电流,它们可以无限期的保持关断。
为了解决这一问题,需要在电路中引入启动电路,在电源上电的时候摆脱/简并0偏置点。
本设计采用如图5虚线框中所示启动电路,调整R 3、R 4的值,电路上电时,保证V A <V H ,使M 12处于截止状态。
图5 带隙基准总的实现电路(不清楚)2.1.3 带隙基准总的实现电路带隙基准总的实现电路如图5所示,包含了上面提到的核心电路,用于提高电源抑制比的共源共栅电流镜结构以及启动电路。
2.1.4 电路模拟仿真结果对温度从-55e ~125e 进行温度特性扫描,仿真结果如图6所示,由图示结果可知温度-55e ~125e ,输出的电压值仅仅变化了4@10-3V,即在-55e ~125e 范围内温度系数可以达到22@10-6/e。
图6 MO S_tt 模式下的温度特性曲线图6所示的是在外部电压为3~5V 时输出电压的变化曲线,从下到上外部电压依次是3V,3.5V,4V,4.5V,5V 。
如图所示,外部电压越大输出电压也越大,但是变化很小,外部电压变化了2V,输出电压变化了约3@10-4V 。
由此可见,本文设计的带隙基准对外部电压变化和温度变化都不敏感,输出电压稳定。
2.2 双边三角波发生器的设计双边三角波作为采样信号,是脉宽调制架构的一个主要组成部分。
为了得到理想的脉宽调制信号,需要三角波采样信号不会有谐波产生。
图7 三角波发生器原理图2.2.1 三角波发生器原理图7是三角波发生器的基本原理图。
电流源维持电流恒定保证输出三角波的线性度,电压上升阶段,断开开关DOWN,闭合开关UP ,对电容进行充电;电压下降阶段,断开开关UP ,闭合开关DOWN,电容放电。
2.2.2 三角波发生器的整体设计图8是本文设计的三角波发生器整体结构,通过对高端低端两个电流开关的控制来得到稳定的三角波输出。
如图所示,首先用恒流源与电阻产生高低两个电压,并将高低电压分别输入两个比较器的负、正端,两比较器另两端接电容正极板。
下面分析电路工作原理,以一个周期为例:1)假设从电压上升阶段开始,开关UP 闭合,电容电压开始上升,此时e 点为高电平,则c 点同样为高电平,比较器B 输出高电平,d 点为低电平,c 点与d 点经过异或得到f 点为低电平。
比较器A 输出高电平,a 点为低电平,b 点同f 点为低电平,异或后得到e 点为高电平,符合实际。
2)当电容电压高于UP 电压值时,比较器A 输出低电平,a 点变为高电平,异或后e 点变为低电平,开关UP 断开,c 点同e 点变为低电平,原来d 点为低电平,c 点与d 点异或后f 点翻转,变为高电平,开关DOWN 闭合,电压开始下降。
电压下降到UP 电压值以下的时候,比较器A 再次输出高电平,a 点翻转为低电平,但由于b 点同f 点已经变为高电平,异或后e 点还是保持低电平。
3)当电压下降到DOWN 电压值以下时,d 点翻转变为高电平,异或后f 点翻转变为低电平,开关DOWN 闭合,b 点同f 点变为低电平,与a 点异或后使e 点翻转为高电平,开关UP 闭合,完成一个周期的工作流程。
以下是用H SPI CE 模型对设计做的仿真结果。
图8 三角波发生器整体设计图从图9的仿真结果中可以看出三角波发生器输出有良好的一致性,可以满足采样电路的设计要求。