开关音频功率放大器

电子信息专业（五年制专科）

毕业设计论文

论文题目开关音频功率放大器

学号 0501090730 姓名徐陈晨

指导教师田立炎职称

职称

市校苏州广播电视大学

分校苏州信息学院(吴江电视大学)

教学班 05电子信息班

2010年3月 20日

摘要：

功率放大器简称功放，可以说是各类音响器材中最大的一个家族了，其作用主要是将音源器材输入的较微弱信号进行放大后，产生足够大的电流去推动扬声器进行声音的重放。由于考虑功率、阻抗、失真、动态以及不同的使用范围和控制调节功能，不同的功放在内部的信号处理、线路设计和生产工艺上也各不相同。音频功率放大器是一个技术已经相当成熟的领域，几十年来，人们为之付出了不懈的努力，无论从线路技术还是元器件方面，乃至于思想认识上都取得了长足的进步。回顾一下功率放大器的发展历程，对我们广大音响爱好者来说也许是一件饶有趣味的事情。1906年美国人德福雷斯特发明了真空三极管，开创了人类电声技术的先河。1927年贝尔实验室发明了负反馈技术后，使音响技术的发展进入了一个崭新的时代，比较有代表性的如"威廉逊"放大器，较成功地运用了负反馈技术，使放大器的失真度大大降低，至50年代电子管放大器的发展达到了一个高潮时期，各种电子管放大器层出不穷。由于电子管放大器音色甜美、圆润，至今仍为发烧友所偏爱。60年代晶体管的出现，使广大音响爱好者进入了一个更为广阔的音响天地。晶体管放大器具有细腻动人的音色、较低的失真、较宽的频响及动态范围等特点。在60年代初，美国首先推出音响技术中的新成员--集成电路，到了70年代初，集成电路以其质优价廉、体积小、功能多等特点，逐步被音响界所认识。发展至今，厚膜音响集成电路、运算放大集成电路被广泛用于音响电路关键词：IGBT的应用，开关功放，高保真音频

目录：

第一章课题概述 (4)

1本课题选题的目的和意义 (4)

2本论文的内容及作者的主要贡献 (6)

第二章设计目标及总体方案的确定 (6)

1相近研究课题的特点及优缺点分析 (6)

2现行研究存在的问题及解决办法 (6)

3本课题要达到的设计目标 (6)

第三章整机电路的工作原理 (7)

1各部分电路工作原理的叙述 (7)

2具体实现中采用的关键技术 (8)

第四章各部分电路的具体设计 (10)

1各部分电路电子元器件的选择与计算 (10)

2各部分电路的参数计算 (12)

第五章整机电路的电子元器件明细表 (13)

1分类列出电子元器件清单 (14)

第六章电路调试及性能分析 (15)

1单元电路的调试 (15)

2整机电路的调试 (15)

3电路性能分析 (16)

第七章结束语 (17)

1总结： (17)

正文：

第一章课题概述

1本课题选题的目的和意义

绝缘栅双极型晶体管IGBT(InsulatedG ateB ipolarTransistor)是一种由双极晶体管与MOS FET组合的器件，它既具有MOSFET的栅极电压控制快速开关特性，又具有双极晶体管大电流处理能力和低饱和压降的特点，近年来在各种电力变换装置中得到广泛应用。但是，I GBT的门极驱动电路影响IGBT的通态压降、开关时间、开关损耗、承受短路电流能力及d ine / d t等参数，决定了IGBT的静态与动态特性。因此，在使用IGBT时，最重要的工作就是要设计好驱动与保护电路。

音频放大器已经有快要一个世纪的历史了，最早的电子管放大器的第一个应用就是音频放大器。然而直到现在为止，它还在不断地更新、发展、前进。主要因为人类的听觉是各种感觉中的相当重要的一种，也是最基本的一种。为了满足它的需要，有关的音频放大器就要不断地加以改进。

进入21世纪以后，各种便携式的电子设备成为了电子设备的一种重要的发展趋势。从作为通信工具的手机，到作为娱乐设备的MP3播放器，已经成为差不多人人具备的便携式电子设备。陆续将要普及的还有便携式电视机，便携式DVD等等。所有这些便携式的电子设备的一个共同点，就是都有音频输出，也就是都需要有一个音频放大器；另一个特点就是它们都是电池供电的。都希望能够有较长的使用寿命。就是在这种需求的背景下，D类放大器被开发出来了。它的最大特点就是它能够在保持最低的失真情况下得到最高的效率。

高效率的音频放大器不只是在便携式的设备中需要，在大功率的电子设备中也需要。因为，功率越大，效率也就越重要。而随着人们的居住条件的改善，高保真音响设备和更高档的家庭影院也逐渐开始兴起。在这些设备中，往往需要几十瓦甚至几百瓦的音频功率。这时，低失真、高效率的音频放大器就成为其中的关键部件。

音频放大器的目的是在产生声音的输出元件上重建输入的音频信号，信号音量和功率级都要理想——如实、有效且失真低。音频范围为约20Hz～20kHz，因此放大器在此范围内必须有良好的频率响应(驱动频带受限的扬声器时要小一些，如低音喇叭或高音喇叭)。根据应用的不同，功率大小差异很大，从耳机的毫瓦级到TV或PC音频的数瓦，再到“迷你”家庭立体声和汽车音响的几十瓦，直到功率更大的家用和商用

音响系统的数百瓦以上，大到能满足整个电影院或礼堂的声音要求。

本文设计的功率放大器的方框图示于图2.一个输出功率开关连接在+44V和-44V之间,开关的输出连接到低通滤波器的输入端.这个电子开关的载频是120KHz.开关的占空比可以从5%变化到95%,这使得扬声器上的电压可以达到正电源和负电源电压的90%.在音频段范围内,低通滤波器的响应尽可能平坦,它对载频及其谐波频率具有很高的衰减.

为了防止低通滤波器的不稳定,负反馈环路闭合.负反馈不能取自扬声器端口,因为输出滤波器回发生相移.这种相移,在DC约0°,到120kHzs载频时差不多接近360°.因为低通滤波器是线性的,负反馈可以取自低通滤波器的输入,在低通滤波器输入端没有相位移动.

遗憾的是,在这一点有高频方波存在,在高频方波必须积分来决定它的平均电压.图2显示了音频输入和方波输出利用电阻R4和电阻R5实现相混合.合成得到的信号是积分的,它精确地模拟输出滤波器的效果.如果低通滤波器输入能够精确地倒相重现放大器的输入,那么积分器的输出将为零.如果积分器的输出高于或低于设定值,积分器将产生所需的校正作用.在高频积分器引入了90°相移,它留下了相角余量接近90°

开关控制器有三个主要功能:首先它确保,输出占空比绝不会低于5%或者高于90%.这样作需要一个交流耦合来作为驱动.第二,根据误差电压的输入,它控制着输入的占空比.这个占空比和误差电压的输入是线性关系.第三,根据电流传感器的输入,它提供对放大器的短路保护作用.如果检测到过流情况,系统将不考虑误差电压的输入,放大器的输出端电压按需要降低到不会过流的范围.