音頻功率放大器設(shè)計(jì)畢業(yè)論文.doc

沈陽工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）摘 要本系統(tǒng)以高效率音頻功率放大器為核心，輸出開關(guān)管采用高速vmosfet管，連接成互補(bǔ)對稱h橋式結(jié)構(gòu)，最大不失真輸出功率大于2w，平均效率可達(dá)到70%左右，兼有輸出1:1雙變單電路，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功率測量顯示電路。此外還有輸出短路保護(hù)及指示、輸出音量電平指示等輔助功能，比較理想地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，從最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止,它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟惖穆犛X是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種,也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)?，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高擋的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。d類放大器在這些設(shè)備中也扮演了極重要的角色。關(guān)鍵詞 高效率，音頻，功率放大 abstractthis system with high efficiency audio power amplifier as the core, output switch tube with a high vmosfet tube, connected into complementary symmetry h bridge type structure, maximum output power greater than 1 not distortion w, average efficiency can reach 70%, with output 1:1 double change single circuit, single chip microcomputer power measurement show circuit. in addition to the output short circuit protection and instructions, output volume level instructions auxiliary functions, an ideal way to realize the requirement of design index.audio amplifier has is a century of history, from the earliest tube amplifiers first application is audio amplifier. however, up to now, it will continue to update, development and progress. mainly because of the human auditory is all sorts of feeling of quite important, also is the most basic one. in order to meet the need of it, the audio amplifier will be constantly improved.high efficiency of the audio amplifier not just in portable equipment need, in high power electronic equipment also need. because, the greater the power, efficiency and also more important. but along with the improvement of peoples living conditions, high fidelity audio equipment and higher to block of home theater gradually began to rise. in these devices, often need dozens of tile or even hundreds of watts of audio power. at this time, low distortion, high efficiency of the audio amplifier will become one of the key components. d class in these devices amplifier also play an extremely important role.key words high efficiency, audio, power amplifier- 19 -目錄摘 要iabstractii1引 言11.1 音頻放大器發(fā)展過程11.2音頻放大器的現(xiàn)狀11.3 音頻放大器的設(shè)計(jì)意義21.3本次設(shè)計(jì)完成的任務(wù)22方案論證比較與選擇32.1 音頻功率放大電路的簡介32.2 音頻放大器分類32.2.1 a類(甲類)放大器32.2.2 b類(乙類)放大器42.2.3 ab類甲乙類)放大器52.2.4 d類(丁類)放大器52.3 方案論證與比較62.4 總體方案設(shè)計(jì)63 d類電路工作原理74 d類功放各部分電路分析84.1 三角波產(chǎn)生電路84.1.1 ne555介紹94.2 比較器104.3前置放大器電路114.4 驅(qū)動(dòng)電路124.5 h橋互補(bǔ)對稱輸出電路124.5 低通濾波器13結(jié) 論14致 謝15參考文獻(xiàn)16附 錄17a1.1 電路圖17a1.2 元件清單181引 言音頻放大器已經(jīng)快有一個(gè)世紀(jì)的歷史了，最近幾年，電子產(chǎn)品正在向薄型化、便攜式迅速發(fā)展。音質(zhì)好、電源效率高、發(fā)熱少的d類放大器成為市場的需求。并且由于d類放大器的耗電低、發(fā)熱少等諸多特點(diǎn)，越來越得到日益強(qiáng)調(diào)環(huán)保的市場的認(rèn)同。1.1 音頻放大器發(fā)展過程音頻放大器即以要求的音量和功率水平在發(fā)聲輸出元件上重新產(chǎn)生真實(shí)、高效和低失真的輸入音頻信號。音頻放大器基本分為d類放大器、線性放大器、a類放大器、b類放大器以及ab類放大器五大類，其中d類放大器以其諸多的特點(diǎn)成為目前社會(huì)上音頻放大器的主流類型，本次設(shè)計(jì)以d類放大器為設(shè)計(jì)對象。簡單地說，歷史上出現(xiàn)過三代d類放大器設(shè)計(jì)：第一代的范例是由托卡塔設(shè)計(jì)的tactmillennium，證實(shí)了d類放大器的概念，但是該技術(shù)還不能提供足夠的性能，這使第一代d類放大器向著實(shí)用性的方向發(fā)展。第二代d類放大器把一個(gè)用于模擬源信號的pwm信號和一個(gè)集成的輸出級以及片外濾波器組合在一起。這些放大器需要源選擇，音量，平衡和音調(diào)控制等復(fù)雜的前端功能，而這些附加的功能增加了額外的復(fù)雜性。但是首先這代放大器變得價(jià)格可以承受，其次在低功耗性能上接近甚至超過了ab類放大器，從而獲得了一定的應(yīng)用。第三代是最近一段時(shí)間，現(xiàn)有的d類數(shù)字放大器較以前的技術(shù)已有所改善，他們在音質(zhì)、封裝、性能、價(jià)格和核心技術(shù)方面都已取得重大改進(jìn)。為了生成精確的音頻，輸入晶體管需要在動(dòng)態(tài)范圍的兩端都能同樣出色地工作，以幫助精確地實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確的功率分配。通過采用一個(gè)簡單但功能強(qiáng)大的內(nèi)部控制邏輯系統(tǒng)改善音頻輸出，并額外增加一套輸入晶體管，這些晶體管可以實(shí)現(xiàn)對音頻信號輸入的更精細(xì)的控制。最后還不能忽視新的架構(gòu)技術(shù)。1.2音頻放大器的現(xiàn)狀傳統(tǒng)的音頻功率放大器工作時(shí)，直接對模擬信號進(jìn)行放大，工作期間必須工作于線性放大區(qū)，功率耗散較大，雖然采用推挽輸出，減小了功率器件的承受功率，但在較大功率情況下，仍然對功率器件構(gòu)成極大威脅，功率輸出受到限制。對于高電感的揚(yáng)聲設(shè)備，在設(shè)計(jì)電路的時(shí)候，是可以省去低通濾波器（lpf），這樣可以大大的節(jié)省體積和花費(fèi)。而且有更高的保真度，這一點(diǎn)，在國外的5v d類音頻功率放大器中已經(jīng)得到了運(yùn)用，如：texas公司的tpa2002d2。另外，近幾年國際上加緊了對d類音頻功率放大器的研究與開發(fā)，并取得了一定的進(jìn)展，幾家著名的研究機(jī)構(gòu)及公司已經(jīng)試驗(yàn)性地向市場提供了d類音頻功率放大器評估模塊及技術(shù)。這一技術(shù)一經(jīng)問世立即顯示出其高效，節(jié)能，數(shù)字化的顯著特點(diǎn)，引起了科研，教學(xué)，電子工業(yè)，商業(yè)界的特別關(guān)注。不久的將來，d類音頻功率放大器必然取代傳統(tǒng)的模擬音頻功率放大器。1.3 音頻放大器的設(shè)計(jì)意義在傳統(tǒng)晶體管放大器中，輸出級包含提供瞬時(shí)連續(xù)輸出電流的晶體管。實(shí)現(xiàn)音頻系統(tǒng)放大器許多可能的類型包括a類放大器，ab類放大器和b類放大器。與d類放大器設(shè)計(jì)相比較，即使是最有效的線性輸出級，它們的輸出級功耗也很大。這種差別使得d類放大器在許多應(yīng)用中具有顯著優(yōu)勢，因?yàn)榈凸漠a(chǎn)生熱量較少，節(jié)省印制電路板（pcb）面積和成本，并且能夠延長便攜式系統(tǒng)的電池壽命。另外，d類功率放大器工作于開關(guān)狀態(tài)，理論效率可達(dá)100%，實(shí)際的運(yùn)用也可達(dá)80%以上。功率器件的耗散功率小，產(chǎn)生熱量少，可以大大減小散熱器的尺寸，連續(xù)輸出功率很容易達(dá)到數(shù)百瓦。功率mos有自我保護(hù)電路，可以大大簡化保護(hù)電路，而且不會(huì)引入非線形失真。1.3本次設(shè)計(jì)完成的任務(wù)在本次設(shè)計(jì)中，采用以高效率音頻功率放大器為核心，輸出開關(guān)管采用高速vmosfet管，連接成互補(bǔ)對稱h橋式結(jié)構(gòu)，最大不失真輸出功率大于2w，平均效率可達(dá)到70%左右，兼有輸出1:1雙變單電路，單片機(jī)實(shí)現(xiàn)功率測量顯示電路。此外還有輸出短路保護(hù)及指示、輸出音量電平指示等輔助功能，比較理想地實(shí)現(xiàn)了設(shè)計(jì)指標(biāo)的要求。并且，雖然本人的水平不夠，但是了解目前的音頻放大器的知識，為以后的工作和學(xué)習(xí)提供幫助。2方案論證比較與選擇2.1 音頻功率放大電路的簡介 音頻放大器已經(jīng)有快要一個(gè)世紀(jì)的歷史了，最早的電子管放大器的第一個(gè)應(yīng)用就是音頻放大器。然而直到現(xiàn)在為止，它還在不斷地更新、發(fā)展、前進(jìn)。主要因?yàn)槿祟惖穆犛X是各種感覺中的相當(dāng)重要的一種，也是最基本的一種。為了滿足它的需要，有關(guān)的音頻放大器就要不斷地加以改進(jìn)。進(jìn)入21世紀(jì)以后，各種便攜式的電子設(shè)備成為了電子設(shè)備的一種重要的發(fā)展趨勢。從作為通信工具的手機(jī)，到作為娛樂設(shè)備的mp3播放器，已經(jīng)成為差不多人人具備的便攜式電子設(shè)備。陸續(xù)將要普及的還有便攜式電視機(jī)，便攜式dvd等等。所有這些便攜式的電子設(shè)備的一個(gè)共同點(diǎn)，就是都有音頻輸出，也就是都需要有一個(gè)音頻放大器；另一個(gè)特點(diǎn)就是它們都是電池供電的，都希望能夠有較長的使用壽命。就是在這種需求的背景下，d類放大器被開發(fā)出來了。它的最大特點(diǎn)就是它能夠在保持最低的失真情況下得到最高的效率。高效率的音頻放大器不只是在便攜式的設(shè)備中需要，在大功率的電子設(shè)備中也需要。因?yàn)?，功率越大，效率也就越重要。而隨著人們的居住條件的改善，高保真音響設(shè)備和更高檔的家庭影院也逐漸開始興起。在這些設(shè)備中，往往需要幾十瓦甚至幾百瓦的音頻功率。這時(shí)，低失真、高效率的音頻放大器就成為其中的關(guān)鍵部件。2.2 音頻放大器分類 長期以來，高品質(zhì)音頻放大器的工作類別，只限于a類(甲類)和ab類(甲乙類)。其原因在于過去只有電子管這樣的器件，b類(乙類)電子管放大器產(chǎn)生的失真使它們甚至在公共廣播用時(shí)都難于被人們所接受。所有的自稱為高保真放大器均工作于推挽式的a類(甲類)。 隨著半導(dǎo)體器件的出現(xiàn)和發(fā)展，放大器的設(shè)計(jì)得到了更多的自由。就放大器的類別而言，已不限于a類(甲類)和ab類(甲乙類)。這里將各種類別的放大器簡介如下。不過需要指出，就目前來說用于音頻功率放大器的工作類別，a類(甲類)、ab類(甲乙類)和b類(乙類)這三類放大器仍覆蓋著半導(dǎo)體放大器的絕大多數(shù)。2.2.1 a類(甲類)放大器 a類(甲類)放大器，是指電流連續(xù)地流過所有輸出器件的一種放大器。這種放大器，由于避免了器件開關(guān)所產(chǎn)生的非線性，只要偏置和動(dòng)態(tài)范圍控制得當(dāng)，僅從失真的角度來看，可認(rèn)為它是一種良好的線性放大器。a類放大器在結(jié)構(gòu)上，還有兩類不同的工作方式。其中一類是將兩個(gè)射極跟隨器相聯(lián)工作，其偏置電流要增加到在正常負(fù)載下有足夠的電流流過，而不使任一器件截止。這一措施的最大優(yōu)點(diǎn)是它不會(huì)突然地耗盡輸出電流，如果負(fù)載阻抗低于標(biāo)定值，放大器會(huì)短期出現(xiàn)截止現(xiàn)象，在失真上可能略有增加，但不致出現(xiàn)直感上的嚴(yán)重缺陷。另一類可稱作為控制電流源型(vcis)，它本質(zhì)上是一個(gè)單獨(dú)的射極跟隨器，并帶有一個(gè)有源發(fā)射極負(fù)載，以達(dá)到合適的電流泄放。這一類作為輸出級時(shí)，需要在開始設(shè)計(jì)之前就把所要驅(qū)動(dòng)的阻抗是多低搞清楚。 圖2.1 a類(甲類)放大器功率2.2.2 b類(乙類)放大器 b類(乙類)放大器，是指器件導(dǎo)通時(shí)間為50的一種工作類別。這類放大器可以說是最為流行的一種放大器，也許目前所生產(chǎn)的放大器有99是屬于這一類。圖2.2 b類(乙類)放大器功率2.2.3 ab類甲乙類)放大器 ab類(甲乙類)放大器，實(shí)際上是a類(甲類)和b類(乙類)的結(jié)合，每個(gè)器件的導(dǎo)通時(shí)間在50100之間，依賴于偏置電流的大小和輸出電平。該類放大器的偏置按b類(乙類)設(shè)計(jì)，然后增加偏置電流，使放大器進(jìn)入ab類(甲乙類)。 圖2.3 ab類(甲乙類)放大器ab類(甲乙類)放大器在輸出低于某一電平時(shí)，兩個(gè)輸出器件皆導(dǎo)通，其狀態(tài)工作于a類(甲類)；當(dāng)電平增高時(shí)，兩個(gè)器件將完全截止，而另一個(gè)器件將供給更多的電流。這樣在ab類(甲乙類)狀態(tài)開始時(shí)，失真將會(huì)突然上升，其線性劣于a類(甲類)或b類(乙類)。不過筆者認(rèn)為，它的正當(dāng)使用在于它對a類(甲類)的補(bǔ)充，且當(dāng)面向低負(fù)載阻抗時(shí)可繼續(xù)較好地工作。 2.2.4 d類(丁類)放大器這類放大器，其特點(diǎn)是斷續(xù)地轉(zhuǎn)換器件的開通，其頻率超過音頻，可控制信號的占空比以使它的平均值能代表音頻信號的瞬時(shí)電平，這種情況被稱為脈寬調(diào)制(pwm)，其效率在理論上來說是很高的。但是，實(shí)際困難還是非常大的，因?yàn)?00khz的高功率方波是不是好的出發(fā)點(diǎn)尚不清楚；從失真的角度來看，為保證采樣頻率的有效性，必須將一個(gè)陡峭截止頻率的低通濾波器插入放大器與揚(yáng)聲器之間，以消除絕大部分的射頻成分，這至少需要4個(gè)電感（考慮立體聲），成本自然不會(huì)低。此外，表現(xiàn)在頻響方面，它只能對某一特定負(fù)載阻抗保證平坦的頻率響應(yīng)。2.3 方案論證與比較根據(jù)設(shè)計(jì)任務(wù)的要求，本系統(tǒng)的組成方框圖如圖2.4所示。下面對每個(gè)框內(nèi)電路的設(shè)計(jì)方案分別進(jìn)行論證與比較。圖2.4 系統(tǒng)組成框圖方案一：采用a類、b類、ab類功率放大器。這三類功放的效率均達(dá)不到題目的要求。方案二：采用d類功率放大器。d類功率放大器是用音頻信號的幅度去線性調(diào)制高頻脈沖的寬度，功率輸出管工作在高頻開關(guān)狀態(tài)，通過lc低通濾波器后輸出音頻信號。由于輸出管工作在開關(guān)狀態(tài)，故具有極高的效率。理論上為100，實(shí)際電路也可達(dá)到8095，所以我們決定采用d類功率放大器。2.4 總體方案設(shè)計(jì)d類放大器的架構(gòu)有對稱與非對稱兩大類，在此討論的d類功放針對的是對功率、體積都非常敏感的便攜式應(yīng)用，因此采用全電橋的對稱型放大器，以充分利用其單一電源、系統(tǒng)小型化的特點(diǎn)。d類放大器一般由pwm電路、開關(guān)功放電路及輸出濾波器組成，原理框圖如圖2.5所示。 圖2.5 系統(tǒng)組成框圖它采用了由比較器和三角波發(fā)生器組成的固定頻率的pwm電路，用輸入的音頻信號幅度對三角波進(jìn)行調(diào)制，得到占空比隨音頻輸入信號幅度變化的方波，并以相反的相位驅(qū)動(dòng)上下橋臂的功率管，使功率管一個(gè)導(dǎo)通時(shí)另一個(gè)截止，再經(jīng)輸出濾波器將方波轉(zhuǎn)變?yōu)橐纛l信號，推動(dòng)揚(yáng)聲器發(fā)聲。其輸出電壓是疊加變大的，經(jīng)過低通濾波器后，仍存在較大的負(fù)載電流，特別當(dāng)濾波器設(shè)計(jì)不好時(shí)，流過負(fù)載的電流就會(huì)更大，從而導(dǎo)致負(fù)載損耗大，降低放大器效率。3 d類電路工作原理一般的脈寬調(diào)制d類功放的的原理方框圖如圖 3.1所示。圖3.2為工作波形示意，其中(a)為輸入信號；(b)為鋸齒波與輸入信號進(jìn)行比較的波形；(c)為調(diào)制器輸出的脈沖(調(diào)寬脈沖)；(d)為功率放大器放大后的調(diào)寬脈沖；(e)為低通濾波后的放大信號。圖3.1 輸入信號原理圖圖 3.2 鋸齒波與輸入信號進(jìn)行比較的波形 d類放大器組合了脈寬調(diào)制(pwm)以及三角波(或鋸齒波)振蕩器。它包括一個(gè)脈寬調(diào)制器，兩個(gè)輸出mosfet，和一個(gè)用于恢復(fù)被放大的音頻信號的外部低通濾波器(lf和cf)。p溝道和n溝道m(xù)osfet用作電流導(dǎo)向開關(guān)，將其輸出節(jié)點(diǎn)交替連接至vdd和地。由于輸出晶體管使輸出端在vdd或地之間切換，所以d類放大器的最終輸出是一個(gè)高頻方波。音頻輸入信號對輸出方波進(jìn)行脈寬調(diào)制。音頻輸入信號與內(nèi)部振蕩器產(chǎn)生的三角波(或鋸齒波)進(jìn)行比較，可得到pwm信號。這種調(diào)制方式通常被稱作自然采樣，其中三角波振蕩器作為采樣時(shí)鐘。方波的占空比與輸入信號電平成正比。沒有輸入信號時(shí)，輸出波形的占空比為50%。4 d類功放各部分電路分析4.1 三角波產(chǎn)生電路三角波產(chǎn)生電路，一般由遲緩比較器和反相積分器構(gòu)成。積分器的作用是將遲緩比較器輸出的方波轉(zhuǎn)換為三角波同時(shí)反饋給比較器的同相輸入端，使比較器產(chǎn)生隨三角波的變化而翻轉(zhuǎn)的方波。由于555定時(shí)器在電路處于某一暫穩(wěn)態(tài)后，經(jīng)過一段時(shí)間可以自行觸發(fā)翻轉(zhuǎn)到另一暫穩(wěn)態(tài)。兩個(gè)暫穩(wěn)態(tài)自行相互轉(zhuǎn)換而輸出一系列矩形波。因此本次設(shè)計(jì)來產(chǎn)生三角波。 圖4.1 三角波產(chǎn)生電路 該電路我們用555芯片構(gòu)成三角波發(fā)生電路如圖3.3所示，本設(shè)計(jì)利用555組成的多諧振藹器的c41充放電特性加以改進(jìn)，實(shí)現(xiàn)c41的線性充放電獲得三角波 利用qn9、qn10和r23、r24構(gòu)成的恒流源對c41實(shí)現(xiàn)線性充電，利用qn7、qn8和r25、r26構(gòu)成的恒流源實(shí)現(xiàn)對c41的放電。電容c41上的三角波經(jīng)qn6射集跟隨器輸出。該振蕩器的振蕩頻率f=0.33/（r23+r24+r25+r26）c41。我們要得到一個(gè)線性很好、頻率約113khz、峰峰值為1.9v的三角波，將其輸入到脈寬調(diào)制比較器的一個(gè)輸入端。4.1.1 ne555介紹一、555芯片引腳圖及引腳描述： 圖4.2 555引腳圖 555的8腳是集成電路工作電壓輸入端，電壓為518v，以ucc表示；從分壓器上看出，上比較器6腳a1的腳接在r1和r2之間，所以5腳的電壓固定在2ucc/3上；下比較器a2接在r2與r3之間，a2的同相輸入端電位被固定在ucc/3上。二、ne555管腳功能介紹：1腳為地；2腳為觸發(fā)輸入端；3腳為輸出端，輸出的電平狀態(tài)受觸發(fā)器控制，而觸發(fā)器受上比較器6腳和下比較器2腳的控制。當(dāng)觸發(fā)器接受上比較器a1從r腳輸入的高電平時(shí)，觸發(fā)器被置于復(fù)位狀態(tài)，3腳輸出低電平；2腳和6腳是互補(bǔ)的，2腳只對低電平起作用，高電平對它不起作用，即電壓小于1ucc/3，此時(shí)3腳輸出高電平。6腳為閾值端，只對高電平起作用，低電平對它不起作用，即輸入電壓大于2ucc/3，稱高觸發(fā)端，3腳輸出低電平，但有一個(gè)先決條件，即2腳電位必須大于1ucc/3時(shí)才有效。3腳在高電位接近電源電壓ucc，輸出電流最大可打200ma。4腳是復(fù)位端，當(dāng)4腳電位小于0.4v時(shí)，不管2、6腳狀態(tài)如何，輸出端3腳都輸出低電平。5腳是控制端。7腳稱放電端，與3腳輸出同步，輸出電平一致，但7腳并不輸出電流，所以3腳稱為實(shí)高（或低）、7腳稱為虛高。555集成電路的框圖（如圖4.3）及工作原理：圖4.3 555集成電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖555集成電路開始是作定時(shí)器應(yīng)用的，所以叫做555定時(shí)器或555時(shí)基電路。目前被廣泛用于各種電子產(chǎn)品中，555集成電路內(nèi)部有幾十個(gè)元器件，有分壓器、比較器、基本r-s觸發(fā)器、放電管以及緩沖器等，電路比較復(fù)雜，是模擬電路和數(shù)字電路的混合體。 我們也可以把555電路等效成一個(gè)帶放電開關(guān)的r-s觸發(fā)器，如圖4.4（a）所示，這個(gè)特殊的觸發(fā)器有兩個(gè)輸入端：閾值端(th)可看成是置零端r，要求高電平，觸發(fā)端(tr)可看成是置位端s，要求低電平，有一個(gè)輸出端vo，vo可等效成觸發(fā)器的q端，放電端(dis)可看成是由內(nèi)部放電開關(guān)控制的一個(gè)接點(diǎn)，由觸發(fā)器的q端控制：q=1時(shí)dis端接地，q=0時(shí)dis端懸空。另外還有復(fù)位端mr，控制電壓端vc，電源端vdd和地端gnd。如果在控制端(vc)上控制電壓vc時(shí)，這時(shí)上觸發(fā)電平就變成vc值，下觸發(fā)電平就變成1/2vc值，可見改變控制端的控制電壓值就可以改變上下觸發(fā)電平值。它的功能表見圖3.4（b）所示。圖4.4 555電路等效r-s觸發(fā)器4.2 比較器本次設(shè)計(jì)選用lm311精密、高速比較器，電路如圖4.5所示，因供電為5v單電源，為給v+=v-提供2.5v的靜態(tài)電位，取r11=r13，r12=r21+r20，4個(gè)電阻均取100 k。由于三角波vp-p=1.9v，所以要求音頻信號的vp-p不能大于1.9v，否則會(huì)使功放產(chǎn)生失真。圖4.5 比較器電路4.3前置放大器電路圖4.6 前置放大器電路如上圖4.6所示。設(shè)置前置放大器，可使整個(gè)功放的增益從120連續(xù)可調(diào)，而且也保證了比較器的比較精度。當(dāng)功放輸出的最大不失真功率為1w時(shí)，其8上的電壓vp-p=8v，此時(shí)送給比較器音頻信號的vp-p值應(yīng)為2v，則功放的最大增益約為4（實(shí)際上，功放的最大不失真功率要略大于1w，其電壓增益要略大于4）。因此必須對輸入的音頻信號進(jìn)行前置放大，其增益應(yīng)大于5。前放仍采用寬頻帶、低漂移、滿幅運(yùn)放op07，組成增益可調(diào)的同相寬帶放大器。選擇同相放大器的目的是容易實(shí)現(xiàn)輸入電阻ri10k的要求。同時(shí)，采用滿幅運(yùn)放可在降低電源電壓時(shí)仍能正常放大，取v+=vcc/2=2.5v，要求輸入電阻ri大于10k，故取反饋電阻采用電位器r4，取r4=200k，反相端電阻r3取10k，則前置放大器的最大增益av為調(diào)整rp4使其av增益約為 20，則整個(gè)功放的電壓增益從 021 可調(diào)?？紤]到前置放大器的最大不失真輸出電壓的幅值vom2.5v，取vom=2.0v，則要求輸入的音頻最大幅度vom.(vom/av)=2/20=100mv。超過此幅度則輸出會(huì)產(chǎn)生削波失真。4.4 驅(qū)動(dòng)電路如圖4.7所示，將 pwm 信號整形變換成互補(bǔ)對稱的輸出驅(qū)動(dòng)信號，用 cd40106 施密特觸發(fā)器并聯(lián)運(yùn)用以獲得較大的電流輸出，送給由晶體三極管組成的互補(bǔ)對稱式射極跟隨器驅(qū)動(dòng)的輸出管，保證了快速驅(qū)動(dòng)。驅(qū)動(dòng)電路晶體三極管選用8050和8550對管。圖4.7 驅(qū)動(dòng)電路、h 橋互補(bǔ)對稱輸出及低通濾波電路4.5 h橋互補(bǔ)對稱輸出電路 如圖4.7所示，h橋互補(bǔ)對稱輸出電路對vmosfet的要求是導(dǎo)通電阻小，開關(guān)速度快，開啟電壓小。因輸出功率稍大于2w，屬小功率輸出，可選用功率相對較小、輸入電容較小、容易快速驅(qū)動(dòng)的對管，irf540和irf9540 vmos對管的參數(shù)能夠滿足上述要求，故采用之。實(shí)際電路如圖4.7所示?；パa(bǔ)pwm開關(guān)驅(qū)動(dòng)信號交替開啟q13和q16或q15和q14，分別經(jīng)兩個(gè)4階butterworth濾波器濾波后推動(dòng)喇叭工作。4.5 低通濾波器本電路采用4階butterworth低通濾波器（如圖4.8）。對濾波器的要求是上限頻率20 khz，在通頻帶內(nèi)特性基本平坦。圖4.8 低通濾波電路結(jié) 論在設(shè)計(jì)制作高效率音頻功率放大器的過程中，我們深切體會(huì)到，理論與實(shí)踐相結(jié)合的極端重要性。本系統(tǒng)的研制主要應(yīng)用到了模擬電子技術(shù)、數(shù)字電子技術(shù)、單片機(jī)控制技術(shù)、電子工藝等多方面的知識，所設(shè)計(jì)的基于單片機(jī)程序控制的顯示，達(dá)到了題目要求，同時(shí)也使我們的動(dòng)手能力和電子設(shè)計(jì)能力得到了極大鍛煉。系統(tǒng)輸出實(shí)際測試結(jié)果表明，本系統(tǒng)輸出波形穩(wěn)定，不隨環(huán)境溫度變化，并具有很高的精度，輸出信號無明顯失真，3db通頻帶為300hz20khz；最大不失真輸出功率2w。因而可實(shí)際應(yīng)用于需要高效率音頻功率放大器等領(lǐng)域。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程中，力求硬件電路參數(shù)合理，線路簡單，發(fā)揮軟件編程靈活的特點(diǎn)，通過多次的調(diào)試，不斷提高系統(tǒng)的精度和電流的穩(wěn)定性，來滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)的要求。同時(shí)遇到了許多困難和意料之外的事情，設(shè)計(jì)進(jìn)度比較慢，但通過仔細(xì)的分析和進(jìn)行多方面的調(diào)整后解決了問題。我們從中體會(huì)了共同協(xié)作和團(tuán)隊(duì)精神的重要性和提高了自身的綜合能力。致 謝為期11周的畢業(yè)設(shè)計(jì)已接近尾聲了，我的大學(xué)生生活也即將畫上一個(gè)圓滿的句號。在此，對曾經(jīng)在設(shè)計(jì)中給予我極大的幫助以及支持的高老師，還有同學(xué)們表示深深地感謝。從最初的選題，開題到寫論文直到完成論文。其間，查找資料，老師指導(dǎo)，與同學(xué)交流，反復(fù)修改論文，每一個(gè)過程都是對自己能力的一次檢驗(yàn)和充實(shí)。 通過這次實(shí)踐，我了解了音頻功率放大器用途及工作原理，熟悉了音頻功率放大器的設(shè)計(jì)步驟，鍛煉了設(shè)計(jì)實(shí)踐能力，培養(yǎng)了自己獨(dú)立設(shè)計(jì)能力。此次畢業(yè)設(shè)計(jì)是對我專業(yè)知識和專業(yè)基礎(chǔ)知識一次實(shí)際檢驗(yàn)和鞏固，同時(shí)也是走向工作崗位前的一次熱身。 畢業(yè)設(shè)