音频放大器的设计

四川师范大学成都学院电路与电子技术课程设计
数字音频放大器的设计
学生姓名 学பைடு நூலகம்号 通信工程学院 通信工程
所在学院 专业名称 班 级
指导教师 成 绩
四川师范大学成都学院 二○一四年十二月
四川师范大学成都学院课程设计报告
课程设计任务书
学生姓名 学生学号 学生专业 通信工程 学生班级 指导教师 职 称 发题日期 年月日 完成日期 设计题目 数字音频放大器的设计 设计目的： 1. 了解音频放大器工作原理 2. 掌握电路设计和主要参数测试方法 3. 掌握 oscilloscope 软件的基本操作 2
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This design introduces the constitution and the principles of digital audio amplifier, and then use QuartusⅡ software simulation and modeling to verify the experiment.
Keywords：PWM modulation Low-pass filtering Digital audio
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目
录
前 言................................................................................................................................. 1 1 数字音频放大器的特点............................................................................................... 2 1.1 过载能力与功率储备.........................................................................................2 1.2 功放的失真度比较.............................................................................................2 2 数字音频放大器的原理............................................................................................... 3 2.1 数字音频放大器工作原理图.............................................................................3 2.2 数字音频放大器的组成.....................................................................................4 2.2.1 三角波振荡器..................................................................................... 4 2.2.2 前置放大电路..................................................................................... 5 2.2.3 PWM 比较器....................................................................................... 6 2.2.4 驱动电路............................................................................................. 8 2.2.5 功率放大电路..................................................................................... 8 2.2.6 低通滤波器电路................................................................................. 9 2.2.7 电源模块........................................................................................... 10 3 系统仿真及问题分析................................................................................................. 10 4 结束语......................................................................................................................... 11 附 录............................................................................................................................... 13 附录 1：芯片参考资料........................................................................................... 13 附录 2：芯片管脚图............................................................................................... 14 附录 3：电路原理图............................................................................................... 15 参考文献......................................................................................................................... 16
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数字音频放大器的设计
前 言
音频放大器发展至今也有近一个世纪的历史了，时至今日音频放大器仍在不 断的发展更新。随着音频市场的发展，近几年数字市（互联网、数字网络、无线 数字通信）场也发生巨大的改变，各种数字音源相继出现（如 MP3、Mini-Disk、 DVD 等） 。现目前的便携式电子设备发展迅猛，从通信功能的移动手机到娱乐功能 的 MP3 都有数字音频，也需要用到数字音频放大器。 随着半导体器件的出现和发展，放大器的设计得到了更多的自由。就放大器 的类别而言，已不限于 A 类、B 类和 AB 类，而出现了更多类别的放大器。D 类放 大器孕育而生，这类放大器特点是断续地转换器件的开通，其频率超过音频，可 控制信号的占空比以使它的平均值能代表音频信号的瞬时电平，这种情况被称为 脉宽调制(PWM)。 而纯数字音频放大器是基于 PCM 数字的数字处理技术， 这些数据来自 CD、 DVD、 Mini-Disk、HDTV、数字卫星广播、数字音频磁带播放机、MP3 播放机、家庭网络、 本地网以及从互联网上下载的音频信息等数字源。不经数/模或模/数转换，线性 编码音频 PCM（采样率是 32～192KHz）信号可被直接重射进强电流 PWM 脉冲内， 然后送到扬声器，其间只有一个普通无源滤波器。 对于小型产品， 数字放大器除了提供极高质量的音频信号外， 还具有功效高、 体积小、重量轻、散热少等优点。高功效意味着可延长电池寿命，并使产品的体 积最小、重量最轻，由于不需要散热片，这种小型化可以实现。另外由于所需的 功率只比提供给负载的稍微多一点，故电源也可更小。总的来说，机壳会更小， 结构上也不用考虑太多散热问题，设计更加灵活了。最佳内部结构可符合 EMI 要 求且不再需要特殊屏蔽。 音频信号曲线现在已从模拟完全转向数字了。因此，数字放大器也会与 PC 或其它数字设备一样在相对较短的时间内有巨大的改变。消费者可以预计这种放 大器会成为含有对解码、3D、均衡及音量、音调控制等进行数字音频处理能力的 单一、完整器件。
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具体任务及要求： 1. 要求：采用 D 类音频放大电路，前置电路通频带为 20Hz～20KHz，振荡器频 率大于 200KHz，采用 LC 低通滤波器 2. 根据设计要求对电子元器件进行选择 3. 根据放大器工作原理并结合选择的电子元件在 QuartusⅡ软件上进行仿真并 对其结果进行模拟测试
课程设计进度安排：
序号 1 2 3 4 5 内容安排 选题 收集资料 完成初稿 完成修改稿 完成定稿 时间 10 月 16 日 10 月 17 日-10 月 25 日 10 月 26 日-11 月 30 日 12 月 1 日-12 月 19 日 12 月 20 日-12 月 25 日
课程设计参考文献： [1] 康光华：电子技术基础数字部分（第五版） ，高等教育出版社，2006.1 [2] 康光华：电子技术基础模拟部分（第五版） ，高等教育出版社，2006.1 [3] 马建国：电子系统设计（第一版） ，高等教育出版社，2004.1 [4] 焦春生：新型绿色能效 D 类音频放大器设计应用，现代电子技术，2009.11 [5] 孙余凯、项绮明：模拟集成电路基础与应用，电子工业出版社，2006.4 指导教 师签字 院长审核 签字
关键词：PWM 调制 低通滤波 数字音频
The design of digital audio amplifier
Abstract：Digital audio amplifier is an analog input audio signal or the
PCM digital information into a PWM or PDM pulse signal for controlling the power switching circuit, low-pass digital filter shaping to achieve an amplified output signal. Also appears as a digital audio amplifier is a one bit digital to analog converter power. Amplifier by the triangular wave oscillator, preamplifier circuit, PWM comparator, the driving circuit, power amplifier and a low pass filter circuit. Input signal forming circuit of two PWM processor and sub-processor PDM, the amplitude of the input signal is converted into a variation or change in the pulse density of the pulse width changes. Low-pass filter is shaped to the pulse waveform beautiful analog waveform, i.e. the carrier component was filtered PWM or PDM signal. Often with a small power loss LC filter.
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数字音频放大器的设计
内容摘要：数字音频放大器是将输入音频模拟信号或 PCM 数字信息变换成 PWM
或 PDM 的脉冲信号用来控制大功率开关电路，经过低通滤波器整形实现数字信号 的放大输出。数字音頻放大器也看上去成是一个一比特的功率数模变换器。放大 器由由三角波振荡器、前置放大电路、PWM 比较器、驱动电路、功率放大电路和 低通滤波器电路组成。 输入信号形成电路分 PWM 处理器和 PDM 处理两种,将输入信号的振幅变化变 换成脉冲宽度的变化或脉冲密度的变化。 低通滤波器的作用是将脉冲波形整形成漂亮的模拟波形,即滤除 PWM 或 PDM 信号的载波成分。常采用功率损耗小的 LC 型滤波器。 本设计介绍了数字音频放大器的组成及原理，然后用 QuartusⅡ软件进行仿 真和模拟，用以验证实验。