1、畢業(yè)設(shè)計(jì)文獻(xiàn)綜述 電子信息工程音頻功率 放大器的設(shè)計(jì) 1.前言音頻功率放大器設(shè)計(jì)與制作的技術(shù)已經(jīng)相當(dāng)成熟，很多年來，人們一直為它的發(fā)展而不懈的努力，現(xiàn)在無論從線路技術(shù)方面還是原器件方面，甚至從思想和 認(rèn)識 上都取得了重大進(jìn)步。隨著半導(dǎo)體和微電子制造技術(shù)的持續(xù)發(fā)展，高速、大功率器 件已越來越多， 各種電子產(chǎn)品正在朝微薄化、便攜式快速發(fā)展，人們對音頻功率放大器的要求更是越來越高。既要高效、節(jié)能，又要小型化。移動音頻設(shè) 備因?yàn)槭?到電池容量、散熱、體積等的限制，所以就必須要使音頻功率放大器更加高效、更加節(jié)能、發(fā)熱少、體積小，還要便于集成。在所有功率較大的放大 器中，效率都是一個極為關(guān)鍵的參數(shù)。A類功

2、率放大器的效率最低，AB類功率放大器的理想效率可達(dá)到 78%,但實(shí)際電路不可能超過 50%,效率依然不夠高， 因此，需要 對使用的放大器提高效率。提高效率即是要減少功率器件自身的功率損耗。器件的 功率損耗為 P=UIo如果加電壓 U時把電流I減至最小，或者通電 流I時將電壓U 降至最低，則P就可以降低。在這種使用需求越來越高的情況下D類功率放大器就應(yīng)運(yùn)而生。所謂D類功率放大器，就是將音頻信號轉(zhuǎn)成脈寬變化的形式，再由脈沖放大 器放大輸出，然后通過低通濾波電路還原成音頻信號2。由于脈沖放大器工作在開關(guān)狀態(tài)，電路本身的損耗只限于三極管（或場效應(yīng)管）導(dǎo)通時飽和壓降引起的損耗 和元件開關(guān)損耗，適當(dāng)選擇元

3、件，可以使得總損耗較小，因而電路工作效率較高。2.主體部分： 2.1 A類功放A類功率放大器的輸出級中兩組晶體管一直處在導(dǎo)電的狀態(tài)，即不管有沒有 訊號輸入它們都會保持通電，并且能讓這兩個電流等同于交流電峰值，此時交流電 會在信號最大情況下流入負(fù)載5。當(dāng)沒有信號時，兩個晶體管會流通等量的電流,所以會使輸出中心點(diǎn)上無不平衡的電流或電壓，因此就沒有電流輸入揚(yáng)聲器。當(dāng)信號趨向正極，上方的輸出晶體管會流入較多電流，下方的輸出晶體管會流入相對較少的電流。由于開始時的電流不是平衡狀態(tài)，于是流入揚(yáng)聲器后會促使揚(yáng)聲 器發(fā)聲。A類功放的工作方式能達(dá)到最隹的線性狀態(tài)，每個輸出晶體管都會完全放大訊號全波，完全不會失真

4、，即使是不使用負(fù)反饋，它的失真仍然會非常低，因此A類功放被稱為音頻最為理想的放大線路設(shè)計(jì)方式。但這種設(shè)計(jì)也有不足之處，A類功放最大的缺點(diǎn)就是效率低，原因是無訊號時仍有滿電流流入，此時電 能會轉(zhuǎn) 為高熱量。當(dāng)信號增加時，有一部分功率會進(jìn)入負(fù)載，但仍會有許多轉(zhuǎn)變?yōu)闊崃俊類功放最適合用于播放音樂，因?yàn)樗芴峁┓浅Ｈ崦赖囊糍|(zhì)，不僅音色飽 滿 而且高音透徹，這些優(yōu)點(diǎn)可以彌補(bǔ)它的缺點(diǎn)。A類功率功放發(fā)熱量很大，為了 能有效處理散熱的問題，必須在使用時采用大型散熱器。由于它的效率低，供電 器一定 要能提供足夠的電流。一部50W的A類功放供電器的供電量至少夠200瓦AB類功放使用。所以A類功放的體積和重量均比

5、AB類大，這使得A類功放制 造成本加大，售價(jià)高昂。一般來說，A類功放的售價(jià)是功率相等的AB類功放的兩倍。B類功放B類功放的工作方式是當(dāng)沒有信號輸入時，輸出晶體管不導(dǎo)電，不消耗功率。 當(dāng) 有信號時，每對輸出管各自放大一半的波形，一開一關(guān)輪流工作完成一個完整波的放大，在兩個晶體管輪換工作時會發(fā)生交越失真，形成非線性1、由于B類功放在信號很低時失真非常嚴(yán)重，會使使聲音變得很粗糙，所以很少單獨(dú)使用B類功放。B類功放的平均效率約為 75%,產(chǎn)生的熱量比A類功放低，允許使用較小的散熱 器。 2.3 AB類功放與前兩類功放相比，AB類功在性能上得以綜合。通常情況AB類功放有兩個 偏壓，在沒有信號時也有少量電

6、流通過晶體管。在訊號小時使用A類工作模式，以便得到最佳線性狀態(tài)、當(dāng)信號提高到某一高度時便會轉(zhuǎn)為B類工作模式以便獲得較高效率。一般情況下，AB類功放在大部分時間都是在A類功放模式下工作的，只有出現(xiàn)當(dāng)音頻瞬間增強(qiáng)時才會轉(zhuǎn)為B類模式。此設(shè)計(jì)可以在得到較好音質(zhì)的同時提高效率并減少發(fā)熱，是一種很理想的設(shè)計(jì)。C類功放此類功放較少使用，因?yàn)樗且环N失真很高白功放，只適合在通訊上使用。2.5 D類功放D類功放是指 D類音頻功率放大器。通過控制開關(guān)單元ON/OFF來驅(qū)動揚(yáng)聲器的放大器稱為 D類放大器”。D類放大器于1958年被首次提出，近些年逐漸 流行。與一般的 AB類功放電路相比，D類功放具有高效、體積小等特

7、點(diǎn)。在此之前，人們認(rèn)為 A類功放聲音保真度較高，音質(zhì)也最為清新。所以在音 響 領(lǐng)域里一直使用 A類功放。但是，A類功放的低效率和高損耗是無法克服的。B類功放雖然比 A類功放的效率高了不少，但是 B類功放的實(shí)際效率只有 50%左右, 在如筆記本電腦音頻系統(tǒng)、汽車音響系統(tǒng)、和超大功率功放等小型便攜式音響設(shè)備中，它的效率仍然偏低，不能令人滿意。所以，效率極高的D類功放開始受到了大家的重視。由于集成電路技術(shù)的飛速發(fā)展，原來很復(fù)雜的調(diào)制電路，現(xiàn)在無論 是在技術(shù)上還是在價(jià)格上 都已不是問題。 而且數(shù)字音響技術(shù)在近幾年的飛速發(fā)展，人們發(fā)現(xiàn)數(shù)字音響與 D類功放有許多相通之處，進(jìn)一步體現(xiàn)D類功放有很大的發(fā)展優(yōu)勢

8、。D類功放是一種處于開關(guān)狀態(tài)放大模式的原件。當(dāng)沒有信號輸入時處于關(guān)閉狀態(tài)，不耗電。工作時，輸入信號使晶體管達(dá)到飽和，此時晶體管相當(dāng)于一個連通的開關(guān)，把電源和負(fù)載相連通。理想的晶體管是沒有飽和壓降的，所以不耗電。但在實(shí)際情況中晶體管都會消耗很少的一部分電能。但是這種消耗只與晶體管的特性有關(guān)，與輸出信號的大小無關(guān)，所以非常有利于大功率的功率放大器使用。在 理想的情況下，D類功放的效率達(dá)到 100%, B類功放的效率為 78.5%, A類功放 的效率根據(jù)負(fù)載方式的不同只有50%或25%實(shí)際上D類功放早期被用于繼電器和電機(jī)等的開關(guān)控制電路中。因?yàn)?D類 功放只有開關(guān)功能，然而，隨著數(shù)字音頻技術(shù)研究的深

9、入，開關(guān)功能逐漸被廣泛應(yīng) 用于H-Fi音頻放大。20世紀(jì)60年代，人們開始研究 D類功放在音頻放大方面 的應(yīng) 用，在70年代Bos e公司就能夠生產(chǎn)出 D類汽車功放。一方面狹小的空間使 其 不能放入大散熱板結(jié)構(gòu)的功放，另一方面汽車使用的蓄電池供電需要很高的效率，這兩點(diǎn)限制使其不得不使用類似 D類功放這樣高效的放大器。這其中最為關(guān) 鍵的一 步就是對音頻信號的調(diào)制。13 三.總結(jié)通過以上幾種音頻功率放大器品質(zhì)因數(shù)的比較，D類功放優(yōu)勢明顯，不但功率損耗小而且失真小，設(shè)計(jì)也簡單，各種元器件的價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)，所以市場應(yīng)用廣泛，尤其在音頻領(lǐng)域應(yīng)用最多。本課題將研究一種D類音頻功率放大器的設(shè)計(jì)方法。該功率放大

10、器采用D類放大器結(jié)構(gòu)，內(nèi)部設(shè)有前置運(yùn)算放大器、三角波振蕩器、PWM比較器、防脈沖電路和功率輸出電路，同時整個功率放大器可由增益調(diào)節(jié)電路調(diào)節(jié)其總閉環(huán)電壓 增益。該音頻功率放大器可提供額定輸出功率，且具有總諧波失真較小、輸出效率高、應(yīng)用電源電壓范圍廣等優(yōu)點(diǎn)，可應(yīng)用于如 MP3、MP4、PDA、筆記本電腦等便攜式多媒體電子設(shè)備中。四.參考文獻(xiàn)1樊建成.波功率放大器非線性分析 J.微波與衛(wèi)星通信，1995 （3）, 4347. 2 廖四起，丁奐吾.低頻功率放大器的設(shè)計(jì) J.雷達(dá)與對抗，1992 （ 1） , 3540 . 3謝 嘉奎.電子線路-非線性部分M,（第四版）.北京：高等教育出版社，2000.

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