D类功率放大器(DOC)

D类功率放大器

摘要：

本系统以高效率D类功率放大器为核心，通过将三角波与放大的音频信号相比较获得PWM脉宽调制信号，控制由MOSFET管构成的对称H桥结构进行功率放大，再通过Butterworth滤波器低通滤波后输出，系统还能够进行功率的测量于显示。经测试，功率放大器效率达到66%，系统总体比较理想的实现了设计指标的要求。

关键词：D类功率放大器、PWM脉宽调制、H桥电路，Butterworth低通滤波器

目录

1方案论证与选择__________________________________________________ 2

1.1高效率功率放大器类型的选择_______________________________________ 2

1.1.1高效率功率放大器类型的选择 ___________________________________________ 2

1.1.2高速开关电路 _________________________________________________________ 2

1)输出方式 _____________________________________________________________ 2

2)驱动方式 _____________________________________________________________ 3

1.1.3滤波器的选择 _________________________________________________________ 4 2单元电路设计____________________________________________________ 5

2.1D类功率放大器电路_______________________________________________ 5

2.1.1D类放大器的工作原理： _______________________________________________ 5

2.1.2三角波发生电路 _______________________________________________________ 6

2.1.3比较器: ______________________________________________________________ 7

2.1.4音频信号前置放大器： ________________________________________________ 10

2.1.5开关放大电路： ______________________________________________________ 10

1)驱动电路： __________________________________________________________ 10

2)H桥互补对称输出电路： ______________________________________________ 10

2.1.6低通滤波器： ________________________________________________________ 11

2.2信号变换电路____________________________________________________ 12

2.3功率测量及显示电路______________________________________________ 12 3软件设计_______________________________________________________ 12 4系统测试及改进方案_____________________________________________ 12 5结论___________________________________________________________ 14参考文献___________________________________________________________ 14附录1 主要元器件清单 _______________________________ 错误!未定义书签。附录2 程序清单 _____________________________________ 错误!未定义书签。附录3 印制版图 _____________________________________ 错误!未定义书签。

附录4 系统使用说明 _________________________________ 错误!未定义书签。

1方案论证与选择

根据题目要求，本系统由功率放大部分和两部分组成，原理方框图如图

下面分别对各部分电路的设计方案进行论证与比较。

1.1高效率功率放大器

1.1.1高效率功率放大器类型的选择

方案一：采用A类、B类、AB类功率放大器。这三类功率放大器的功率均达不到题目要求。

方案二：采用D类功率放大器。D类放大器利用脉宽调制技术，把模拟音频信号的幅度调制为一系列矩形脉冲的宽度，再通过功率输出管进行放大，最后经过LC低通滤波器后输出音频信号。输出功率管工作在开关状态，损耗小，效率高，理论上可以达到100%，实际电路也可以达到80%-90%。

比较后，选择D类功率放大器。

1.1.2高速开关电路

1)输出方式

方案一：采用推挽单端输出方式，如图所示，电路输出信号的峰-峰值不可能超过电源电压Vcc，输出功率难以提高。

方案二：选用H桥的输出方式（如图所示）。此方式浮动输出载波峰-峰值可达2Vcc，充分利用了电源电压，有效提高了输出效率，故选用这种电路形式。

2)驱动方式

方案一：通过三极管构成反向器电路，互补的两路信号分别驱动两个推挽结构，输出两路驱动信号PW1和PW2，送往开关功率管进行开关控制。使用推挽结构目的是在短时间内提供较大电流。实际中，对该电路进行了测试，发现两路PWM信号波形不互补对称，偏差较大，而未经反向的波形良好，反向后的高电平时间变窄约 1.5us（为反相器上跳变响应延时），下跳变时间正常。不能满足控制需要。