电子工艺音频功率放大器方案论证.doc
《电子工艺音频功率放大器方案论证.doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《电子工艺音频功率放大器方案论证.doc(20页珍藏版)》请在三一文库上搜索。
1、音频功率放大器方案论证1、设计方案D 类音频功放具有高效、节能、小型化的优点,广泛应用于便 携式产品、家庭 AV 设备及汽车音响等多个领域。 本文设计的 D 类音 频功率放大器主要基于以下三个方面考虑: 保证高保真度、 提高效率 和减小体积。文章设计了一款工作于5V电源电压并采用PWM来实现 的D类音频功率放大器,整个系统包含了输入放大级、误差放大器、 比较器、内部振荡电路、驱动电路、全桥开关电路及基准电路。通过 引入反馈技术来减小系统的 THD 指数,采用双路反宽调制方案不仅 抑制了 D 类音频功率放大器的静态功耗,而且达到了去除 D 类音频 功率放大器输出端低通滤波器的目的,减小了系统的体
2、积。1. D 类音频功放的系统设计本文所设计的 D 类音频功率放大器的整体系统实现框图如图 1 所示。该放大器结构是基于双边自然采样技术方案实现的, 在任一时 刻输出所包含的信息量都是单边采样方案的两倍, 通过双边自然采样 还可以把输出音频信号中大量的失真成分移除到人耳所能感应到的 音频带宽范围之外,达到去除 D 类音频功率放大器输出端低通滤波 器的目的。 系统由高效率功率放大、信号变换电路、过流保护及功率 测量4个主要模块组成。其中最核心的高效率功率放大器又由前置放 大、三角波产生电路、比较器电路、驱动电路、 H 桥互补对称放大 5 部分构成。 输入音频信号经过前置放大电路进行放大调理后,
3、分上下部与两路三角波信号进行比较,得到两路相互对应的PWM波;即对音频信号进行脉宽调制,而后经驱动电路增加其信号的驱动能力, 再 给入H桥模块,利用占空比的变化控制功率开关管的导通与截止, 实现功率放大,之后再对负载上的输出进行低通滤波滤出原音频信 号。在负载上将信号给入信号变化电路,将双端信号转化为单端信号, 经一截止频率为20 kHz的RC滤波器后接测试仪表测试。同时在此 处将单端信号真有效值检波,经AD采样后送入单片机内进行功率计 算及显示。系统还有过流保护功能,0.1 Q采样电阻与负载串联,采 出流过负载的电流值,经放大比较后,用继电器控制功率放大部分的 供电,从而实现保护作用。系统最
4、大不失真输出功率大于等于1 W,可实现电压放大倍数120连续可调,因采用D类放大方案,可达到 较高的效率,输出噪声很小,功率显示误差很小。A生A三产 一比敷器产生P細电路PC汛AL采祥| - 液采Iff电国图1.1 D类音频功率放大器结构系统采用单电源供电,脉冲信号outl和out2的高低电平分 别为VDD和GND输入放大级由运算放大器 OTA的闭环结构实现,误 差放大器则由运算放大器 OTA与电容Cs构成。系统工作时,音频输 入信号Vin首先经过输入放大级后输出两路差分信号,再与反馈信 号求和送到误差放大器中产生误差信号VE1 VE2,对三角波载波信号VT进行调制,输出两路脉冲信号outl和
5、out2以驱动扬声器发声。 系统包含两个反馈环路,第一个由R1、Rf1和OTA组成,用来设置输入放大级和整个 D类音频功率放大器的增益,第二个由R2、Rf2和后端音频信号处理电路组成,用来减小系统的THD指数。在图1中,对电容Cs充放电的电流11、I2由Voutl、Vout2、 Vin、R1、Rf1、R2和Rf2共同决定,其中电阻和电容必须具有良好 的线性度和匹配性,以获得良好的闭环性能。开环D类音频功率放大器的模型如图2所示Hl图2开环D类音频功率放大器模型此时系统输出为:(2)具有反馈环路的D类音频功率放大器的模型如图3所示式(2)中的Vin为放大器的输入信号,Vn为引入的谐波失真,Hf
6、为传递函数。图3闭环D类音频功率放大器模型此时系统的输出为:- l+l!thG其中Hfb为闭环模型的传递函数,G为反馈增益。为了得到相等的放大倍数,设计传递函数为:Hr 11( H11)则式(3)变为:闭坏系统的总谐波失真为:TIID2比较式(2)和式(6)可以看出,具有反馈环路闭环系统 THD为 开环系统THD的1/(1+HfbG),即通过反馈结构减小了系统的 THD。 2单元电路设计实现系统单元电路主要包括:输入放大级、误差放大器、比较器、驱 动电路、全桥开关电路、内部振荡电路,短路保护电路和基准电路以 及功率测量及显示电路。2.1输入放大级D类音频功率放大器的输入放大级是基于运算放大器(
7、OTA)的闭环结构来实现的,其结构如图4所示,用来根据需要对输入的音 频信号作电平调整和信号放大处理,使输入信号在幅度方面能满足后 级电路的要求,输入放大级的增益可以通过设置 Rf1和R1的阻值来 决定。前置放大电路采用高效率、轨对轨、低噪声运放芯片OPA350 构成同相宽带放大电路。信号输入端串联电容达到隔直耦合作用。同时因单电源供电,在运放同向端给 2.5V偏置。设置反馈电阻为电位 器,可动态改变放大器的增益120倍增益连续可调。Rf 1Rfl图4输入放大级电路结构2.2比较器双路比较器电路采用低功耗、可单电源工作的双路比较器芯片LM393 构成。此处为提高系统效率,减少后级 H 桥中 C
8、MOS 管不 必要的开合,用两路偏置不同的三角波分别与音频信号的上半部和下 半部进行比较, 产生两路相互对应的 PWM 波信号给后级驱动电路进 行处理。此处值得注意的是将上半部比较处理为音频信号接比较器的 负向端、三角波信号接正向端;下半部比较则相反,这样形成相互对 应,在音频信号的半部形成相应 PWM 波时,另半部为低电平,可保 征后级 H 桥中的 CMOS 管没有不必要的开合, 以减少系统功率损耗。 利用电位器将上半部比较三角波偏置调至 3 V, 下半部比较三角波偏 置调至2 V.还需注意,三角波信号应比需比较范围内的音频信号幅度 稍大一些,且偏置调节要较准确,以防音频信号某些点比较不到,
9、后 续滤波还原原信号时产生失真。 本文所采用的比较器电路如图 5 所 示,比较器电路由三级构成, 即输入预放大级、 判断级(或正反馈级) 和输出数字整形缓冲级。预放大级采用有源负载的差分放大器来实 现,其放大倍数不用很大, 用来进行输入信号的放大,以提高比较器 的敏感度,并把比较器的输入信号与来自正反馈级的开关噪声隔离 开;判断级用来将预放大级的信号进一步放大, 为比较器的核心部分, 电路中通过把 m8 与 m9 的栅极交叉互连实现正反馈, 以具备能够分 辨非常小的信号的能力, 并提高此级电路的增益; 输出缓冲级是一个 自偏置的差分放大器, 它的输入是一对差分信号, 用来把判断级的输 出信号转
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 电子 工艺 音频 功率放大器 方案 论证
链接地址:https://www.31doc.com/p-14077455.html