音频放大器的设计说明

师大学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

学号

所在学院通信工程学院

专业名称通信工程

班级

指导教师

成绩

师大学学院

二○一四年十二月

课程设计任务书

数字音频放大器的设计

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。

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.

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

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)

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，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。