毕业论文“设计高效率音频功放”.doc
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1、设计高效率音频功率放大器摘要:传统的音频功率放大器有A(甲)类,B(乙)类,AB(甲乙)类,D类等,这类音频功放曾广泛应用于MP3、手机等便携消费电子产品的扬声器驱动中。 伴随着科学技术的迅速发展,生活水平的不断提高,人们对音频功率放大器的要求越来越高。采用高转换效率的D类功率放大器取代传统的线性功放已成为一种必然趋势。D类功率放大器是一种脉宽调制(PWM)的开关功放,首先将音频信号通过高增益前置放大器放大,放大后的音频信号进而与内部三角波相比较进行采样,从而将音频信号的幅度信息转化成PWM信号脉冲宽度的变化,然后将变换得到的PWM波整形放大,输出的电流信号通过LC低通滤波器被还原成放大的音频
2、信号。由于功率管工作在开关状态,且导通电阻很小,因此,D类功放具有很高的转换效率。关键词:音频功率放大器;高效率;PWMAbstract: The traditional audio amplifier is A, B, AB and D,etc, this kind of audio amplifier was widely used in MP3, mobile phones and portable consumer electronic products in the speaker drivers. With the rapid development of science and
3、technology, and the continuous improvement of living standards, the people of audio amplifier are increasingly demanding. Adopting high conversion efficiency of D power amplifier instead of traditional linear amplifier has become an inevitable trend. D power amplifier is a pulse width modulation (PW
4、M) switch power amplifier, will first audio signals through the preamplifier amplifier, enlarge high-gain ones.the after the audio signal and then compared with the internal triangular sampling, thus the audio signal amplitude information into a PWM signal pulse width, and then the changes of PWM wa
5、ves will transform the current amplification, plastic output signal by LC lowpass filters and reduction of the audio signal amplifier. Due to the power tube, and work in the state of switch conduction resistance is very small, therefore, D conversion efficiency of high power amplifier.Key Words: Aud
6、io power amplifier;High efficiency; PWM1 引言音频功率放大器简称为功放,是19世纪继收音机、电视机之后,随之出现的又一类新型电子产品。其作用是将声源器材输入的较微弱信号进行放大后,产生足够大的电流推动扬声器进行声音的重放。可以说是音响器材中最大的一个家族了。自从有了晶体管,它的第一个应用便是制作音频放大器,然而随着社会的进步,人们因生活层次,文化习俗,音乐修养,欣赏口味的不同,对音视频设备的性能也有了更高层次的要求。这种数字化浪潮以及人们对音视频设备节能,环保的要求,迫使人们去开发高效,节能的音频功率放大器。传统的模拟音频功率放大器保真度高,但效率低,能
7、耗大,且要求有良好的散热设备,主要有A类,B类和AB类,A类功放在整个输入信号周期内都有电流连续流过功率放大器件,优点是输出信号失真比较小,缺点是输出信号动态范围小,效率低,最高效率仅为45%左右。B类功放在整个输入信号周期内功率器件导通时间为50%,优点是效率在理想情况下可达78.5%,但缺点是会产生交越失真,增加噪声。AB类功率放大器是以上两种放大器的结合,使每个功率器件的导通时间在50%100%,它兼顾了效率和失真两方面的性能指标。随着半导体及微电子制造技术的不断发展,高效率器件已越来越多。近几年,电子产品正在向薄型化,便携式迅速发展。传统的模拟音频功率放大器已不能满足电子视听类LCDO
8、LEDLCOSPDA等绿色节能,高效,体积小等新发展趋势。而D类功放具有效率高、体积小、输出功率大、低EMI,具备多种工作模式等优点,逐渐成为了便携式设备中不可替代的产品,因而欲设计、制造高效率的音频功率放大器,首选D类功率放大器D类功率放大器工作在开关状态下,可以采用脉宽调制(PWM)模式,利用PWM能将音频输入信号转换成高频开关信号,通过一个比较器将音频信号与高频三角波进行比较,当反向端电压高于同向端电压时,输出为低电平,当反向端电压低于同相端电压时,输出为高电平,D类功放效率可达90%。2 设计总体方案2.1 整体电路设计构思采用常规,通用元器件设计的D类功率放大器的基本组成框图如图2.
9、1.1所示:图2.1.1 D类功放基本组成框图主要由脉冲宽度调制器,功率放大器和低通滤波器等三部分组成。我所设计的高频率音频功放的结构示意图如图2.1.2所示:图2.1.2 D类功放结构示意图首先,输入的音频信号进入前置运算放大器,输出一个被放大10余倍的音频信号,并与三角波形成电路形成的三角波信号一同进入PWM调制电路,产生一个随音频信号幅度变化的PWM波,分别经功率放大电路完成功率放大再经过低通滤波器LPF滤去音频信号经调制后的各次谐波,之后经输出转换电路输出。2.2 单元电路及工作原理2.2.1前置放大电路前置放大器是在功率放大器之前而加入的一级放大电路,其目的是对输入功率放大器的信号源
10、进行加工处理,或放大,或衰减或进行阻抗交换,使其和功率放大器的输入灵敏度相匹配,对其要保证低噪声,高信噪比,高转换速率,输出电阻要小及频带要宽等要求,前置放大电路如图2.2.1.1所示: 图2.2.1.1前置放大电路输入信号经1/2IC2组成20db同相放大器放大,送至PWM调制电路。2.2.2 PWM调制电路PWM调制电路如图2.2.2所示:图2.2.1.2 PWM调制电路让输出脉冲波的宽度受调制波幅度调制的技术称PWM技术,即脉宽调制技术。PWM实质上是一个电压比较器,如图所示,它的同向端输入前置放大器的输出信号电压,它的反相端输入三角波电压,这两个电压经比较后,输出与音频信号幅值成正比的
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