D类音频功率放大器的设计毕业论文

D类音频功率放大器的设计毕业论文

目录

1 引言 (4)

2 音响的基础知识 (4)

2.1 声音的基本特性 (6)

2.2 音响的结构及参数 (6)

2.3 放大器的技术指标 (6)

3 放大器的简介 (7)

4 D类功放的原理及仿真 (9)

4.1 D类功放的工作原理 (9)

4.2 D类功放的EDA仿真 (11)

4.2.1 EDA仿真概述 (11)

4.2.2 D放大器原理仿真概述 (12)

4.2.3 输入信号抽样――PWM波的形成仿真 (13)

4.2.4 输出信号PWM波的频谱仿真分析 (13)

4.3 D类功放的优点 (14)

5 D类功放的硬件设计 (15)

5.1 D类功放的设计原理 (15)

5.2 D类功放电路分析与计算 (18)

5.2.1脉宽调制器（PWM） (18)

5.2.2 前置放大器 (20)

5.2.3 驱动电路 (21)

5.2.4 高速开关电路 (21)

5.2.5 低通滤波 (26)

6 MAX9703/MAX9704单声道/立体声D类音频功率放大器 (30)

6.1 概述 (30)

6.2 MAX9703/MAX9704详细说明 (30)

6.2.1 工作效率 (30)

6.2.2 应用信息 (31)

7 D类功放的发展与技术展望 (33)

7.1 D类功放的不足 (33)

7.2 D类功放的最新发展——T类功率放大器 (33)

结论 (34)

致谢 (35)

参考文献 (36)

1 引言

当今音响数字化技术以大部分应用在音响设备中。如作为音源的CD、DAT、MD、DVD等，数字调音台以及数字效果器、压限器、激励器等周边设备也被一些专业场所使用。而音响系统最后环节的功率放大器和扬声器却仍然徘徊在数字化的大门外。人们永无止境的追求音响重放高保真度，而模拟功率放大器经过了几十年发展以很难有新的突破，随着生活水平的提高，人们逐渐关注环保与能量的利用率的问题，因此，人们再一次把目光投向数字功放。

早在20世纪60年代末期其实就有人研究数字放大器，为什么音响发展了数十年，一直没有其产品面世？究其原因，是在数字音频放大器的设计与制作过程中，最大的难题就是高速转换控制系统。因为其需要极高的精确度，但在如何解决脉冲调制放大在工作时提供持续稳定的线性响应，以及如何避免产生辐射脉冲干扰等方面难以取得突破，故使脉冲调制型放大器在音响应用领域一直停滞不前。如今，随着脉冲调制放大电路的技术瓶颈被逐渐解决，数字放大器的优点日渐突显，推出新，人们越来越关注它了。

对功率放大器的普遍要求是低失真，大功率，高效率。模拟功率放大器通过采用优质元件，复杂的补偿电路，深负反馈，使失真变得很小，但大功率和高效率难以解决。但工作在开关状态下的D类功率放大器却很容易实现。

传统的音频功放工作时，直接对模拟信号进行放大，工作期间必须工作于线性放大区，功率耗散较大，虽然采用推挽输出，减小了功率器件的承受功率，但面对较大功率，对功率器件构成极大威胁。功率输出受到限制。此外，模拟功率

放大器还存在以下的缺点:

1.电路复杂，成本高。常常需要设计复杂的补偿电路和过流，过压，过热等保护电路，体积较大，电路复杂。

2.效率低，输出功率不是很大。

D类开关音频功率放大器的工作基于PWM模式:将音频信号与采样频率比较，经自然采样，得到脉冲宽度与音频信号幅度成正比例变化的PWM波，然后经过驱动电路，加到功率MOS的栅极，控制功率器件的开关，实现放大，将放大的PWM 送入滤波器，则还原为音频信号。

D类功率放大器工作于开关状态，理论效率可达100%，实际的运用也可达80%以上。功率器件的耗散功率小，产生热量少，可以大大减小散热器的尺寸，连续输出功率很容易达到数百瓦。功率MOS有自保护电路，可以大大简化保护电路，而且不会引入非线性失真。

对于高电感的扬声器，在设计电路时，是可以省去低通滤波器〔LPF)，这样可以大大的节省体积和花费。而且有更高的保真度，这一点，在国外的SVD类功率放大器中已经开始运用，如:TEXAS公司的TPA2002D2。

近年来，国外的公司对D类功率放大器进行了研究和开发，提出了一些方案，但是尚存在了较大的难度，由于采用PWM方式，为了提高音质，降低失真，必须提高调制频率，但是在较高频率下，会产生一定的问题，同时，D类功率放大器对器件的要求较高，不利于降低成本。

2 音响的基础知识

2.1 声音的基本特性

响度:人主观上感觉声音的大小（俗称音量），由“振幅”和人离声源的距离决定，振幅越大响度越大，人和声源的距离越小，响度越大。

音调:是人耳对声音调子高低的主观感觉，声调的高低与声音的物理量“频率”对应人耳的听觉围:20hz～20KHz称之为可听声，低于20Hz称为次声，高于20KHz称为超声，人耳对3K～4K的声音最敏感。

音色:声音的特性又叫音品或音质，它是由声音的波形决定的，电子管功放的偶次谐波多，奇次谐波少，声音柔美，甜润，晶体管功放奇次谐波多，声音冷艳，清丽。

2.2音响的结构及参数

前置放大器和功率放大器，以前置放大器承担控制任务为主，对各种节目源信号进行选择和处理，对微弱信号放大到0.5-1V，进行各种音质控制，美化音色。功率放大器，承担放大任务，是将前置放大器输出的音频信号进行功率放大，以推动扬声器发声。将电压放大，电流放大，要求是宏亮而不失真。

2.3 放大器的技术指标

1.额定功率:

音响放大器输出失真度小于某一数值(r<1%)的最大功率称为额定功率，表达

式；P

0= U

2/R

L

, U

为负载两端的最大不失真电压，R

L

为额定负载阻抗。

2.频率响应

放大器的电压增益相对于中音频f

(1KHz)的电压增益下降3dB时所对应的

低音音频f

L 和高音音频f

H

称为放大器的频率响应。