基于高速MOS管的音频功率放大器(未实现)..

目录

摘要 (1)

第一章引言 (2)

1.1 音频功率放大器的种类及主要发展史 (2)

1.2 四种常见的音频功率放大器 (2)

1.3 本次放大器的设计指标 (3)

第二章音频功率放大器的比较 (4)

2.1 音频功率放大器的效率 (4)

2.2 各音频放大器的对比 (5)

第三章D类功率放大器的工作原理 (7)

3.1 模拟电路组成的脉宽调制器 (7)

第四章D类音频功率放大器的设计 (8)

4.1 D类音频功率放大器的整机结构框图 (8)

4.2 电路解析 (8)

4.3 系统调试 (12)

第五章总结 (15)

致谢语 (19)

参考文献 (16)

附录 (180)

采用高速MOS管输出的高效音

频功率放大器的实现

摘要

音频功率放大器是一种不显眼却非常有实用性的设备，他可以带动扬声器，使声音信号得以放大。在实际应用中，凡有有设备需要发出声音信号的电子产品中都需要音频功率放大器。不仅仅是小型的电子便携式产品如手机，MP3等设备中需要用到音频功率放大器，在许多大型的电子设备中，也经常可以看见该类放大器。应用中不难发现，对于功率越大的设备，其效率也更加重要。于是，本设计中主要研究失真度较低，音频放大效率较高的功率放大器。

关键字：功率放大器、PWM功率放大、PWM调制。

第一章引言

1.1 音频功率放大器的种类及主要发展史

近年来，音频功率放大器的技术已经越发发展成熟，各项指标也越来越完善。在应用领域中，

人们主要将放大器划分为以下几类：A类功放、B类功放、AB类功放、D类功放。发展主要经历以下过程：

1.音频功率放大器由简单的晶体管到较为复杂的集成电路[1]；

2.集成电路的组成由单管输出转向为推挽输出；

3.变压器输出方式被其他形式的输出所取代。

1.2四种常见的音频功率放大器

1.2.1 A类放大器

第一种比较常见的功率放大器为A类功率放大器，也常被称作为甲类功率放大器。该类放大器是基于线性模式工作，处在工作状态中的晶体管，无论信号有没有输入，晶体管都呈现导通状态。这也就决定了该放大器不管有或没有音频功率输出，都具有一定的功率消耗。并且没有音频功率输出的这一部分功率消耗，都转变为热量。因而，效率是比较低的。A类功率放大器为保证它的波形不至于失真，一般它的工作点电流要大于音频电流的幅度值。这就决定了它的效率非常得低。

1.2.2 B类放大器

还有一类线性功率放大器是B类音频功率放大器，也常常被称作乙类功率放大器。在工作时，它和甲类功率放大器具有完全相反的模式和状态。该放大器在静态工作时，晶体管呈现关闭（不导通）的状态。当信号从正半周输入时，仅仅正向通道进行工作。反之，信号从负半周输入时，只有负向通道工作。简而言之，晶体管的两个通道不可能同时工作。可知，在信号没有输入的情况下，不存在输入功率，也就没有损耗。然而，在正负通道关闭的前提下，将伴随着严重的失真，特别是在电平较低的情况下。所谓，人们在选择高保真功放的时候往往不考虑Ｂ类功率放大器。

1.2.3 AB类放大器

ＡＢ类功率放大器集合了Ａ类和Ｂ类功率放大器的优势，也叫做甲乙类功率放大器。在给放大器输入较低信号时，ＡＢ类放大器不会像Ａ类功率放大器一样呈现常开状态，该状态下，输入功率有所损耗，可是远远小于Ａ类功率放大器。信号从正相通道中输入的情况下，反相通道随着输入信号逐渐加强而开，逐渐减弱而闭合。反之，从负向通道输入信号时，正相通道随着信号加强而断开，信号减弱而闭合。上述分析可得，ＡＢ类功率放大器无论从失真小的角度还是效率高

的角度，都明显优于Ａ类和Ｂ类功率放大器。

1.2.4 D类放大器

从工作原理上分析，Ｄ类功率放大器又有别于上述三类放大器。D类功率放大器的晶体管是工作于开关状态。基于两个开关晶体管，在工作的时间内，这两个器件不会同时导通，也不会同时截止。因此，D类功率放大器产生的热量很小[2]。在理想情况下，Ｄ类功率放大器的效率能达到百分之百，而ＡＢ类功率放大器的效率仅为78.5%。美中不足的是，晶体管开关在工作下会导致输出信号的部分失真，不过，这在能接受的范围内。

1.3 本次放大器的设计指标

1、研究比较上述四类音频功率放大器以及各项指标。在四类放大器中，挑选出失真度小、效率高的方案。

2、分析该功率放大器的组成。实物最大不失真输出功率≥3W

3、在放大器中，需要添加一个滤波的器件，讨论滤波器的工作原理以及选择合适的滤波器。

4、其他

第二章音频功率放大器的比较

不同器件和原理组成了各种各样的音频功率放大器。实际应用中，这些放大器的工作实现原理基本相同。都是在外界导入信号的情况中，将外加电源的功率成功转换成输出端的信号功率。

在不同电子产品设备中，所需要的放大器是不一样的，对其性能指标和工作特性都有特定的要求。接下来，主要研究一下不同放大器的性能。

2.1音频功率放大器的效率

音频功率放大器在实际的应用中，人们往往比较关注的有高效率、使用安全，以及在控制范围内的失真程度。要优化上述指标内容，最关键的是选择一个合适的功率管。有了一个合适的功率管，放大器就能在输入较大信号的状态下工作，并且能通过的电信号都是较大的。

在音频功率放大器的实际使用和运作过程中，我们可以知道系统输出的信号功率越大，则意味着着动态电压和电流也会越大，相应地，会引起更大失真。在制作音频功率放大器时，不仅要尽可能地减小失真度，还要控制输出的功率大小。当给系统输入一个工作信号时，电源的功率PD 一部分转换为输出的功率，另一部分则被系统损耗，称为损耗功率PC[3]。在判断功率放大器的指标时，常用效率ηC 来表示，下面给出计算效率的公式。

ηC ＝ = 2.1

由该计算公式可得，要想获得高的效率，在输入功率稳定的情况下则要减小PD ，相应的也就是减小的ＰＣ值。要想较小ＰＣ可以通过选择一款脉冲调制较小的功率管，同时这也能大大较小制作成本。在放大器的研究过程中，人们始终把提高工作效率ηC 作为一个重要指标。提高功放效率固然重要，然而，音频放大器的安全使用、失真程度控制在一定的范围内，这二者也不容忽视。

2.2 各音频放大器的对比

A 类音频功放见图2.2.1左边为晶体管输入特性，固定偏置所构成的工作点在Q 点，当正弦音频信号输入时，其幅度未超过线性限度，集电极工作状态则在截至区和饱和点之间，集电极电流的信号为完整的全周导通的正弦波，此时导通角为180°[4]。我们知道这种放大状态下失真较小，其他原因造成的失真情况较小，受元器件特性影响的失真情况较大。如果元器件线性特性好那么失真较小。由于本设计的输入电源是直流，又因为A 音频类功率放大器再输入的电源不是交流的情况下，失真比较大，功率较低， 所以本次设计中不采用A 类音频功放设计。

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