实用高保真低频功率放大器Word文件下载.doc
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Ⅱ
攀枝花学院本科毕业设计(论文) 摘要
摘要
本设计的基本内容是设计一个高保真功率放大器,包括阐述它的功能原理及应用,而功率放大器又分模拟式和数字式两种,由于数字式D类功率放大器具有前沿性和高效性,操作简单,并且越来越多的新技术被运用于高保真数字功率放大器,所以高保真数字功率放大器将会是今后功率放大器发展的趋势,因此本课题将主要设计一款高保真数字功率放大器。
由于D类音频功率放大器与传统的模拟功放相比,具有体积小,效率高,低失真,大功率的特点所以具有广阔的发展前景。
D类音频功率放大器,由脉宽调制电路、驱动电路、功率输出电路、滤波电路四部分构成。
在本文里,对放大器的各个模块(包括放大电路、比较器电路、三角波产生电路、驱动电路、功率输出级电路、过流保护电路、过温保护电路、欠压保护电路、检测和关断模式控制电路、接口电路等)进行了设计。
本文首先介绍了声音的基本特性、音响放大器的技术指标、放大器分类和D类放大器的工作原理,接着对D类音频放大器电路的各个模块进行了电路设计及测试,并完成了数字音频功放的仿真测试工作。
关键词:
D类放大器,脉宽调制,驱动,功率输出级
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攀枝花学院本科毕业设计(论文) ABSTRACT
ABSTRACT
Thebasiccontentofthispaperistodesignahighfidelitypoweramplifier,anddescribethefunctionprincipleandapplicationoftheamplifier.Poweramplifierincludesanalogmoduleanddigitalmodule.ThedigitalClassDpoweramplifierhasfrontierperformanceandhigheffectivity,andiseasytooperate.Andmoreandmorenewtechnologieshavebeenappliedtohigh-fidelitydigitalpoweramplifier.Therefore,high-fidelitydigitalpoweramplifierwillbethefuturedevelopingtrendofthepoweramplifier.Then,themaintopicdesignsahigh-fidelitydigitalpoweramplifier.
Comparedwiththeanalogpoweramplifier,ClassDaudiopoweramplifierhasasmallsize,highefficiency,lowdistortionandhigh-power.Therefore,ithasbroadprospectsfordevelopment.Class-DAudioPowerAmplifierismadeupofthePWMcircuit,drivingcircuit,poweroutputcircuitandthefiltercircuit.Thispaperdesignseachmodulesfortheamplifier,whichincludeamplifiercircuit,comparecircuit,thecircuitforgeneratingtriangularwave,drivingcircuit,poweroutputcircuit,over-currentprotectioncircuit,over-temperatureprotectioncircuit,under-voltageprotectioncircuit,testingandturn-offmodecontrolcircuit,interfacecircuitandsoon.
Atfirst,thispaperintroducesthebasiccharacteristicsofthevoice,thetechnologyindicatorsfortheaudioamplifier,amplifiersclassificationandtheprinciplefortheClass-Damplifiers.ThenaccomplishthecircuitdesignandtestforeachmoduleoftheClass-Daudioamplifier.AndcompletesimulationtestingforDigitalAudioPowerAmplifier.
KeywordsClass-DAmplifier,PWM=pulsewidthmodulation,drive,poweroutputlevel
攀枝花学院本科毕业设计(论文) 目录
目录
摘要 I
ABSTRACT II
目录 III
1引言 1
2功放的基础知识 3
2.1音响的结构及参数 3
2.2放大器的技术指标 3
2.2.1额定功率 3
2.2.2频率响应 4
2.2.3谐波失真 4
2.2.4信号噪声比 4
2.2.5互调失真 5
2.2.6阻尼系数 5
3方案论证 7
3.1放大器类型的选择 7
3.2脉宽调制器(PWM) 8
3.3高速开关功率放大电路 8
3.4滤波器的选择 9
4功放电路设计 10
4.1D类放大器构成原理 10
4.2电源电路 11
4.3前置放大器电路 12
4.4脉宽调制器 13
4.4.1三角波产生电路 14
4.4.2比较器的选择 15
4.5驱动电路 16
4.6功率放大级设计 17
4.6.1MOSFET的选择 17
4.6.2半桥结构介绍 18
4.6.3H桥互补对称输出电路 19
4.7LC滤波器设计 21
4.7.1额定电流 22
4.8信号变换电路 22
4.9保护电路 23
4.9.1过流保护电路 23
4.9.2欠压和过热保护 25
4.10音效处理电路 25
4.10.1音频延迟 25
4.10.2音调控制器 26
4.10.3均衡器 26
4.10.4等响度控制器 26
4.10.5平衡控制 27
4.10.6LMl040音频处理 27
4.11单片机控制电路 30
4.11.1MAX541的外观及引脚说明:
30
4.11.2MAX541的电路连接 31
4.12降噪器 32
5系统软件的设计 35
5.1系统架构 35
5.2子程序流程图 35
6功放主要性能指标及测量 38
6.1信噪比测量(S/N或SNR) 38
6.2功放失真测量方法 38
6.2.1总谐波失真(THD) 38
6.2.2总谐波失真+噪声(THD+N) 38
6.2.3功放THD+N的测量步骤:
39
6.3功放频率响应测量方法 39
总结 40
附录A电路总图 41
附录B音量控制程序 43
参考文献 46
致谢 47
攀枝花学院本科毕业设计(论文) 1引言
1引言
低失真,大功率,高效率是对功率放大器提出的普遍要求。
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,但大功率和高效率一直没有很好的解决。
工作在开关状态下的D类功率放大器却很容易实现,大功率,高效率,低失真。
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,但在较大功率情况下,仍然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,输出功率不可能做的很大。
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。
在原设计方案里,采用了集成块IR2110作为功率驱动部分,静态电流较大,功率输出部分,采用了N沟功率MOS晶体管,及全桥输出,使得电路中必须有死区校正电路部分和自举电容,我们采用了内部逻辑结构为倒相器作驱动,功率输出级采用对管。
去掉了自举电容和死区校正。
使得调制频率可以大大提高,为我设计的高保真低频功率放大器提供了切实可行的后级电路方案。
我设计的功率放大器前端是数字信号处理部分,可以直接与数字音频设备的输出端相连,后端直接就是驱动与功率放大,实现了数字化功率放大器。
大大减少了由于系统反复多次A/D,D/A转换带来的损失和失真提高了系统的综合性能。
而且体积小,重量轻,省能耗,而且无需加反馈。
最终我可以实现高保真功率放大器的单片集成。
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。
攀枝花学院本科毕业设计(论文) 2功放的基础知识
2功放的基础知识
2.1音响的结构及参数
①结构
前置放大器和功率放大器,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0.5~1.0V,进行各种音质控制,以美化音色。
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。
有电压放大,电流放大,要求是宏亮而不失真。
前置
控制
驱动
功放
输入
图2.1音响结构框图
②参数[8]
1.输入灵敏度:
800mV;
2.效率:
90%以上;
3.信噪比:
90dB以上;
4.频率响应:
20HZ~20kHZ;
5.谐波失真:
≤0.1%(8Ω负载,1kHZ1W);
6.输出功率
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